การวิเคราะห์มาตรฐานและสมรรถนะโครงสร้างของอุปกรณ์กระจายพลังงานรวม
มาตรฐานและประเภทของอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวม
มีความหลากหลายค่อนข้างมากของอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวม ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายได้แก่ สถานีแปลงไฟฟ้าแบบบรรจุภัณฑ์ ตัวแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้า ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป และสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา
มาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวม
มาตรฐานที่เกี่ยวข้องและมีผลบังคับใช้ในปัจจุบันสำหรับอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวมในประเทศจีน ได้แก่ มาตรฐานแห่งชาติ GB/T 17467 - 1998 สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าแรงดันสูง/ต่ำ มาตรฐานอุตสาหกรรมเครื่องจักร JB/T 10217 - 2000 ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม และมาตรฐานการสั่งซื้อของอุตสาหกรรมไฟฟ้า DL/T 537 - 2002 แนวทางการเลือกสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องแรงดันสูง/ต่ำ
ในปี 1995 คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยเทคนิคไฟฟ้า (IEC) ได้เผยแพร่มาตรฐาน IEC1330 - 1995 สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าแรงดันสูง/ต่ำ มาตรฐานแห่งชาติ GB/T 17467 - 1998 สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าแรงดันสูง/ต่ำ เป็นมาตรฐานที่เทียบเท่ากับมาตรฐาน IEC1330 ในมาตรฐานนี้ สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าถูกกำหนดให้เป็น "อุปกรณ์ที่ผ่านการทดสอบแบบจำลองและใช้ในการส่งพลังงานไฟฟ้าจากระบบแรงดันสูงไปยังระบบแรงดันต่ำ มันรวมถึงตัวแปลงไฟฟ้า อุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูงและต่ำ สายเชื่อมต่อ และอุปกรณ์เสริมที่ถูกครอบคลุมไว้ในเคส"
มาตรฐานอุตสาหกรรมเครื่องจักร JB/T 10217 - 2000 ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม ระบุว่าคำจำกัดความมาตรฐานของตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวมคือ: "ตัวแปลงไฟฟ้าที่รวมตัวแปลงไฟฟ้า สวิตช์ เฟิส ตัวปรับแรงดัน และอุปกรณ์เสริมที่เหมาะสมเข้าด้วยกัน"
มาตรฐานการสั่งซื้อของอุตสาหกรรมไฟฟ้า DL/T 537 - 2002 แนวทางการเลือกสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องแรงดันสูง/ต่ำ ได้ปรับปรุงมาตรฐานเดิม DL/T 537 - 1993 เงื่อนไขทางเทคนิคในการสั่งซื้อสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง 6-35kV ทำให้มาตรฐานของอุตสาหกรรมไฟฟ้าสำหรับสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสอดคล้องกับ IEC 1330 - 1995 ความแตกต่างระหว่าง DL/T 537 - 2002 และ IEC 1330 - 1995 (คือ GB/T 17467 - 1998) แสดงในตาราง 1
มาตรฐานภายในประเทศทั้งสามนี้เป็นมาตรฐานแนะนำ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของแต่ละอุตสาหกรรม แต่ละมาตรฐานมีลักษณะเฉพาะของตนเอง มาตรฐานการสั่งซื้อของอุตสาหกรรมไฟฟ้าพิจารณาจากมุมมองของผู้ใช้ โดยอิงตามมาตรฐานระหว่างประเทศ (หรือมาตรฐานชาติ) และเพิ่มเนื้อหาที่แสดงในตาราง 1 ให้เป็นพื้นฐานในการเลือกอุปกรณ์ที่ละเอียดขึ้น
การแบ่งประเภทของอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวม
แม้ว่าจะมีมาตรฐานที่กล่าวมาแล้ว แต่การตั้งชื่ออุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวมในทางปฏิบัติไม่ได้สม่ำเสมอ และการแบ่งประเภทก็แตกต่างกัน มีสองหมวดหลักๆ หนึ่งคือ การกำหนดสถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าเฉพาะแค่สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป และอีกหมวดคือ การเรียกอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวมทั้งหมดว่าสถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้า แล้วแบ่งสถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าออกเป็น "สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป" และ "สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา" บางผู้ผลิต เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ที่แตกต่างกัน อาจมีผลิตภัณฑ์ที่มีชื่อสองชื่อ
การวิเคราะห์โครงสร้างและการทำงาน
สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าสไตล์ยุโรป
ในยุค 1970 จีนได้นำเข้าอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวม แรงดัน 6-10kV จากประเทศยุโรป เช่น ฝรั่งเศสและเยอรมนี อุปกรณ์นี้เป็นนวัตกรรมที่รวมส่วนสำคัญสามส่วนของสถานีแปลงไฟฟ้า (อุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูง ตัวแปลงไฟฟ้า และตู้ควบคุมแรงดันต่ำ) ไว้ในเคสเดียว สร้างแนวคิดของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้า
ในเดือนธันวาคม 1993 กระทรวงไฟฟ้าได้เผยแพร่มาตรฐานอุตสาหกรรม DL/T 537-1993 "ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง 6-35kV" ข้อ 3.1 ของมาตรฐานนี้ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจนว่า: "ชุดอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบครบวงจรที่ประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมแรงดันสูง ตัวแปลงไฟฟ้า อุปกรณ์ควบคุมแรงดันต่ำ และอุปกรณ์วัดพลังงานไฟฟ้าที่ถูกครอบคลุมไว้ในตู้หนึ่งหรือหลายตู้ ควรเรียกว่าสถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้า หรือเรียกสั้น ๆ ว่าสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง" ออกแบบมาจากยุโรป ทำให้เป็นที่รู้จักกันในชื่อสถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าสไตล์ยุโรป
หลังจากการเผยแพร่มาตรฐานแห่งชาติ GB/T 17467-1998 "สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้าแรงดันสูง/ต่ำ" ในปี 1998 คำศัพท์ทางการเปลี่ยนเป็น "สถานีแปลงไฟฟ้าแบบประกอบล่วงหน้า" อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้และผู้ผลิตยังคงเรียกอุปกรณ์เหล่านี้ว่าสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องหรือสถานีแปลงไฟฟ้าสไตล์ยุโรปในทางปฏิบัติ
ลักษณะโครงสร้าง:
สถานีแปลงไฟฟ้าสไตล์ยุโรปมักจะประกอบด้วยห้องทำงานสามส่วน:
ห้องแรงดันสูง
ห้องแรงดันต่ำ
ห้องตัวแปลงไฟฟ้า
มีการใช้งานสองรูปแบบหลัก:
การวางแบบเส้นตรง: รูปแบบมาตรฐาน
การวางแบบสามเหลี่ยม: ใช้สำหรับความต้องการของวงจรแรงดันต่ำที่ซับซ้อน
ข้อดีทางประสิทธิภาพเหนือสถานีแปลงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม:
การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้โหลด:
ลดระยะทางการจ่ายไฟ 40-60%
ลดค่าใช้จ่ายในการลงทุนสายเคเบิล 25-35%
ลดการสูญเสียในสาย 15-20%
การใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ:
ใช้พื้นที่ประมาณ 10% ของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม
ลดค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง 60-70%
การติดตั้งที่ง่าย:
ลดเวลาการก่อสร้างในที่สนาม 50-60%
ข้อจำกัดทางเทคนิคและโซลูชัน:
การออกแบบแบบปิดมีปัญหาสำคัญในการจัดการความร้อน:
การระบายความร้อนที่จำกัดทำให้อุณหภูมิภายในสูงขึ้น (ΔT เพิ่มขึ้น: 8-12°C)
ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับความมั่นคงของอุปกรณ์ (การลดประสิทธิภาพประมาณ 3-5% ต่อการเพิ่มขึ้น 10°C)
วิธีการลดผลกระทบในอุตสาหกรรม:
ระบบระบายอากาศขั้นสูง:
กำแพงแบบหลอก
พัดลมระบายอากาศแบบแกน (ปกติมีความจุ 200-400 CFM)
มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพทางความร้อน:
การปรับปรุงเรเดเตอร์ (พื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น 20-30%)
วัสดุฉนวนทนความร้อน (ระดับ H หรือสูงกว่า)
วิธีการเหล่านี้แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ทำให้:
ความซับซ้อนทางโครงสร้าง (ขยายวงจรการผลิต: 15-20%)
การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น (ระบบเสริม: 5-8% ของโหลดทั้งหมด)
การปล่อยเสียง (เพิ่มขึ้นเฉลี่ย 3-5 dBA)
การพัฒนาเทคโนโลยีล่าสุด:
ผู้ผลิตชั้นนำได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาการจัดการความร้อน:
การจัดเรียงการระบายความร้อนใหม่สำหรับตัวแปลงไฟฟ้า (เพิ่มประสิทธิภาพ: 12-15%)
การปรับปรุงอากาศพลศาสตร์ของเคส (ลดอุณหภูมิ: 6-8°C)
การออกแบบความจุสูง (≥800kVA) ที่ไม่ต้องใช้ระบบระบายอากาศแบบบังคับ
การปฏิบัติตามข้อกำหนดความร้อนของตัวแปลงไฟฟ้าแบบแห้งตามมาตรฐาน GB 1094.11 (การเพิ่มอุณหภูมิของวงจรสูงสุด: 100K)
นวัตกรรมเหล่านี้ทำให้สามารถปฏิบัติตามมาตรฐานแห่งชาติได้โดย:
การประหยัดพลังงาน (ลดการใช้พลังงานของพัดลม: 100%)
การลดระดับเสียง (4-7 dBA)
การเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงาน (การปรับปรุง MTBF: 20-25%)
สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา (ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม)
ในยุค 1990 ตัวแปลงไฟฟ้าแบบแยกช่องสามเฟสของอเมริกาได้เข้าสู่ตลาดจีน ตามมาตรฐานอเมริกัน ANSI C57.12.26 - 1992 มาตรฐานสำหรับตัวแปลงไฟฟ้าแบบแยกช่องสามเฟสที่ติดตั้งบนแท่นและมีคอนเนคเตอร์แรงดันสูง สายไฟแรงดันสูงเชื่อมต่อกับตัวแปลงไฟฟ้าผ่านคอนเนคเตอร์ในช่องแรงดันสูง และสายไฟแรงดันต่ำเชื่อมต่อกับเทอร์มินอลแรงดันต่ำด้วยสลักเกลียวในช่องแรงดันต่ำ ถังน้ำมันของตัวแปลงไฟฟ้าแบบแยกช่องที่ติดตั้งบนแท่นมีฟิวส์แรงดันสูงและสวิตช์โหลดสี่ตำแหน่ง ตัวแปลงไฟฟ้าสามารถทำงานเป็นจุดปลายหรือในวงจรวงรอบ ป้องกันและควบคุมสถานะการจ่ายไฟในส่วนแรงดันสูงของตัวแปลงไฟฟ้า
ผู้ผลิตตัวแปลงไฟฟ้าในจีนได้เพิ่มเบรกเกอร์วงจรแรงดันต่ำและมิเตอร์ไฟฟ้าในช่องแรงดันต่ำของผลิตภัณฑ์สไตล์อเมริกา ทำให้กลายเป็นอุปกรณ์การกระจายพลังงานไฟฟ้าแบบรวม ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในชุมชนที่อยู่อาศัย เพื่อแยกความแตกต่างจากสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป จึงเรียกว่าสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา หรือตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม มาตรฐานอุตสาหกรรมเครื่องจักร JB/T 10217 - 2000 ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม ได้ขยายความหมายมาตรฐานของตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม (ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น) ในข้อ 3.7 ได้กำหนด "ช่องแรงดันสูงและต่ำ" ว่าเป็น "พื้นที่ที่มีเทอร์มินอลสายไฟแรงดันสูงและต่ำ และส่วนควบคุมและดำเนินการของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ถูกครอบคลุมด้วยแผ่นเหล็ก อาศัยผนังถังน้ำมัน" ซึ่งเป็นหนึ่งในความแตกต่างทางโครงสร้างจากสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป
มาตรฐานนี้แบ่งตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวม (สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา) ออกเป็นสองประเภทตามโครงสร้างถังน้ำมัน: ประเภทถังน้ำมันรวมและประเภทถังน้ำมันแยก ในประเภทถังน้ำมันรวม อุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูงแชร์ถังน้ำมันกับตัวแปลงไฟฟ้า ระบุด้วยตัวอักษร ZG ในประเภทถังน้ำมันแยก อุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูง เช่น สวิตช์โหลด ถูกวางในถังน้ำมันแยก ส่วนอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูงอื่น ๆ และตัวแปลงไฟฟ้าถูกติดตั้งในถังน้ำมันอีกใบหนึ่ง วงจรน้ำมันของทั้งสองถังน้ำมันไม่ได้เชื่อมต่อกัน ระบุด้วยตัวอักษร ZF
ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวมถังน้ำมันรวม
นอกจากข้อดีของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวมถังน้ำมันรวมมีข้อดีดังนี้:
พื้นที่ใช้สอยน้อย: ใช้พื้นที่ประมาณ 3/5 ของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป
การระบายความร้อนดี: ตัวแปลงไฟฟ้าถูกเปิดเผยโดยตรง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการระบายความร้อน โครงสร้างค่อนข้างง่าย และราคาขายค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 3/5 ของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์ยุโรป)
การขนส่งและการติดตั้งสะดวก: ขนาดเล็ก ทำให้การขนส่งและการติดตั้งสะดวกขึ้น
ภายใต้บริบทของจีน สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกาที่นำเข้าโดยตรงจากต่างประเทศมีข้อบกพร่องดังนี้:
การเสื่อมสภาพของน้ำมันตัวแปลงไฟฟ้า: เมื่อสวิตช์โหลดแรงดันสูงทำงาน ประกายไฟที่เกิดขึ้นอาจทำให้น้ำมันตัวแปลงไฟฟ้าสลายตัว กระทบต่ออายุการใช้งานโดยรวมของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา
การทำงานขาดเฟส: เมื่อฟิวส์แรงดันสูงขาด อาจทำให้ตัวแปลงไฟฟ้าทำงานในสภาพขาดเฟส
ฟังก์ชันวงจรแรงดันสูงจำกัด: วงจรแรงดันสูงมีฟังก์ชันค่อนข้างง่าย ไม่ได้ตอบสนองความต้องการของกฎระเบียบการดำเนินงานไฟฟ้าในปัจจุบัน เช่น สวิตช์โหลดแรงดันสูงไม่มีจุดตัดชัดเจน
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ผู้ผลิตในประเทศได้ทำการปรับปรุงหลายอย่าง ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เบรกเกอร์วงจรแรงดันต่ำ (โดยทั่วไปเป็นเบรกเกอร์อากาศอัจฉริยะ) ถูกเพิ่มในช่องแรงดันต่ำของสถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกา เพื่อให้การป้องกันความเสียหายหลายอย่าง เช่น โหลดเกิน แรงดันต่ำเกิน วงจรลัดวงจร และการต่อกราวด์ ซึ่งช่วยกำจัดปรากฏการณ์ที่ฟิวส์แรงดันสูงขาดเนื่องจากวงจรลัดวงจรหรือโหลดเกินในสายส่งแรงดันต่ำ ป้องกันการทำงานขาดเฟสของตัวแปลงไฟฟ้า นอกจากนี้ วงจรแรงดันสูงได้รับการออกแบบใหม่ ตัวอย่างเช่น ในการป้องกันแรงดันสูง สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกาใช้สวิตช์โหลดในการตัดการจ่ายไฟโหลด และพึ่งพาฟิวส์ป้องกันสำรองและฟิวส์แบบเสียบสำหรับการป้องกันพลังงานทั้งหมด
ตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวมถังน้ำมันแยก
จนถึงขณะนี้ สถานีแปลงไฟฟ้าแบบกล่องสไตล์อเมริกาส่วนใหญ่ที่ผลิตโดยผู้ผลิตตัวแปลงไฟฟ้าเป็นตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวมถังน้ำมันรวมประเภท ZG เพื่อขจัดข้อบกพร่องของตัวแปลงไฟฟ้าแบบรวมถังน้ำมันรวมที่กล่าวมา ผู้ผลิตตัวแปลงไฟฟ้าในประเทศได้แยกอุปกรณ์แรงดันสูง เช่น สวิตช์โหลดและฟิวส์ป้องกันสำรองออกจากถังน้ำมันตัวแปลงไฟฟ้า น้ำมันที่มีจุดวาบสูงถูกฉีดเข้าไปในช่องขนาดเล็กของอุปกรณ์แรงดันสูง เช่น สวิตช์โหลด และน้ำมันธรรมดาหมายเลข 25 ถูกฉีดเข้าไปในถังน้ำมันตัวแปลงไฟฟ้า ซึ่งไม่เพียงแต่แก้ปัญหาการเสื่อมสภาพของน้ำมันตัวแปลงไฟฟ้าจากการทำงานสวิตช์โหลด แต่ยังแก้ปัญหาการระบายความร้อนจากการใช้น้ำมันที่มีจุดวาบสูงในถังน้ำมันตัวแปลงไฟฟ้าทั้งหมด (เนื่องจากความหนืดสูง)
การใช้ตัวแปลงไฟฟ้าแบบอะมอร์ฟัสอัลลอยด์
