Аналіз стандартів та конструктивної ефективності комбінованого розподільчого обладнання
Стандарти та класифікація комбінованих пристроїв розподілу електроенергії
Існує досить великий вибір комбінованих пристроїв розподілу електроенергії. Серед найчастіше використовуваних є упаковані підстанції, боксові перетворювачі, передзмонтовані підстанції, комбіновані перетворювачі, європейські боксові підстанції та американські боксові підстанції.
Релевантні стандарти для комбінованих пристроїв розподілу електроенергії
Поточні релевантні стандарти для комбінованих пристроїв розподілу електроенергії в Китаї включають: національний стандарт GB/T 17467-1998 Високовольтні/низьковольтні передзмонтовані підстанції, механічний промисловий стандарт JB/T 10217-2000 Комбіновані перетворювачі та стандарт замовлення електроенергетичної галузі DL/T 537-2002 Рекомендації з вибору високовольтних/низьковольтних передзмонтованих боксових підстанцій.
У 1995 році Міжнародна електротехнічна комісія (IEC) опублікувала стандарт IEC1330-1995 Високовольтні/низьковольтні передзмонтовані підстанції. Національний стандарт GB/T 17467-1998 Високовольтні/низьковольтні передзмонтовані підстанції є еквівалентним стандарту IEC1330. У цьому стандарті передзмонтована підстанція визначається як "обладнання, яке пройшло типові випробування і використовується для передачі електроенергії з високовольтної системи до низьковольтної. Вона включає перетворювачі, високовольтне та низьковольтне комутаційне обладнання, з'єднуючі лінії та допоміжне обладнання, заключене в корпус".
Механічний промисловий стандарт JB/T 10217-2000 Комбіновані перетворювачі стверджує, що стандартне визначення комбінованого перетворювача є: "перетворювач, який поєднує тіло перетворювача, комутаційне обладнання, предохранители, регулятори напруги та відповідне допоміжне обладнання".
Стандарт замовлення електроенергетичної галузі DL/T 537-2002 Рекомендації з вибору високовольтних/низьковольтних передзмонтованих боксових підстанцій переглянув оригінальний DL/T 537-1993 Технічні умови замовлення 6-35 кВ боксових підстанцій, зробивши стандарт електроенергетичної галузі для боксових підстанцій сумісним з IEC 1330-1995. Відмінності між DL/T 537-2002 та IEC 1330-1995 (тобто GB/T 17467-1998) показані у таблиці 1.
Зазначені три внутрішні стандарти є рекомендованими. Завдяки різним характеристикам різних галузей кожен стандарт має свої власні особливості. Стандарт замовлення електроенергетичної галузі розглядається з точки зору користувача, базуючись на міжнародних (національних) стандартах, додаючи вміст, представлений у таблиці 1, надаючи більш детальну основу для вибору обладнання.
Класифікація комбінованих пристроїв розподілу електроенергії
Незважаючи на зазначені стандарти, назви комбінованих пристроїв розподілу електроенергії у практичному застосуванні не дуже однорідні, а класифікація також відрізняється. Основні два категорії: одна визначає лише передзмонтовані підстанції як європейські боксові підстанції; інша загально називає всі комбіновані пристрої розподілу електроенергії передзмонтованими підстанціями, а потім поділяє передзмонтовані підстанції на "європейські боксові підстанції" та "американські боксові підстанції". Деякі постачальники, щоб задовольнити потреби різних користувачів, навіть мають продукт з двома назвами.
Аналіз структури та властивостей
Європейська передзмонтована підстанція
У 1970-х роках Китай імпортував 6-10 кВ інтегроване обладнання розподілу електроенергії з європейських країн, таких як Франція та Німеччина. Це інноваційне обладнання поєднало три основні компоненти підстанції (високовольтне комутаційне обладнання, перетворювач та низьковольтний розподільчий шафа) в один корпус, встановлюючи концепцію передзмонтованої підстанції.
У грудні 1993 року колишнє Міністерство електроенергетики опублікувало промисловий стандарт DL/T 537-1993 "Технічні специфікації для 6-35 кВ передзмонтованих підстанцій". Стаття 3.1 цього стандарту чітко визначає: "Компактна повна система розподілу електроенергії, що складається з високовольтного розподільчого обладнання, перетворювачів, низьковольтного розподільчого обладнання та пристроїв обліку електроенергії, заключених в один або кілька корпусів, повинна називатися передзмонтованою підстанцією, скорочено - боковою підстанцією." Пochодячи від європейських проектів, ця конфігурація стала відомою як європейська передзмонтована підстанція.
Після опублікування національного стандарта GB/T 17467-1998 "Високовольтні/низьковольтні передзмонтовані підстанції" у 1998 році офіційна термінологія перейшла до "передзмонтованої підстанції". Однак користувачі та виробники продовжують називати ці установки боксовими підстанціями або європейськими підстанціями у повсякденному використанні.
Структурні характеристики:
Європейська підстанція зазвичай складається з трьох функціональних секцій:
Високовольтна камера
Низьковольтна камера
Камера перетворювача
Використовуються дві основні конфігурації:
Лінійна розташування: стандартна конфігурація
Трикутна розташування: прийняті для складних вимог низьковольтних схем
Переваги виконання порівняно з традиційними підстанціями:
Оптимізація близькості навантаження:
Зменшує радіус живлення на 40-60%
Знижує витрати на кабельні системи на 25-35%
Зменшує втрати на лініях на 15-20%
Ефективність простору:
Займає приблизно 10% площі традиційної підстанції
Знижує витрати на будівництво на 60-70%
Спрощена встановлення:
Час встановлення на місці зменшується на 50-60%
Технічні обмеження та рішення:
Дизайн упаковки ставить важливі проблеми теплового управління:
Обмежені можливості теплообміну збільшують внутрішню температуру (типова ΔT збільшується: 8-12°C)
Потенційні теплові впливи на стабільність компонентів (оціночне зниження продуктивності: 3-5% за кожні 10°C зростання)
Промислові стратегії зниження включають:
Сучасні системи вентиляції:
Лабіринтні стіни корпуса
Аксіальні вентилятори (зазвичай 200-400 CFM потужності)
Міри з поліпшення теплообміну:
Оптимізація радіаторів (площа поверхні збільшується на 20-30%)
Теплостійкі матеріали ізоляції (клас H або вище)
Ці рішення, хоча й ефективні, вводять:
Структурну складність (цикл виробництва збільшується на 15-20%)
Додаткове споживання енергії (допоміжні системи: 5-8% від загального навантаження)
Акустичні випромінювання (типова збільшення рівня шуму: 3-5 dBA)
Недавні технологічні досягнення:
Лідери виробництва досягли проривних розвитків у тепловому управлінні:
Нові конфігурації теплообміну для перетворювачів (поліпшення ефективності: 12-15%)
Оптимізована аеродинаміка корпуса (зниження температури: 6-8°C)
Сертифіковані високопотужні дизайни (≥800 кВА) без примусового провітрювання
Відповідність стандарту GB 1094.11 для сухих перетворювачів (максимальне зростання температури обмоток: 100K)
Ці інновації підтримують відповідність національним стандартам, одночасно досягаючи:
Економію енергії (зниження споживання енергії вентиляторами: 100%)
Зниження рівня шуму (4-7 dBA)
Поліпшення надійності роботи (покращення MTBF: 20-25%)
Американські боксові підстанції (комбіновані перетворювачі)
У 1990-х роках американські компартментовані трифазні розподільні перетворювачі вступили на китайський ринок. За американським національним стандартом (ANSI) C57.12.26-1992 Стандарт для платформових компартментованих самовідновлюваних трифазних розподільних перетворювачів з високовольтними вставними з'єднаннями, високовольтні кабелі з'єднуються з перетворювачем через кабельні з'єднання в високовольтній камері, а низьковольтні кабелі з'єднуються з низьковольтними контактами болтами в низьковольтній камері. Бак масляного перетворювача оснащений високовольтними плавкими вставками та чотирьохпозиційними завантажувачами. Перетворювач може працювати як термінал або в кільцевій мережі, захищаючи та контролюючи стан живлення на високовольтній стороні перетворювача.
Виробники перетворювачів в Китаї додали низьковольтові автомати та електросчетчики до низьковольтових камер американських продуктів, перетворивши їх на комбіновані пристрої розподілу електроенергії. Ці пристрої широко використовуються в житлових спільнотах. Для відрізнення від європейських боксових підстанцій, їх називають американськими боксовими підстанціями, також відомими як комбіновані перетворювачі. Механічний промисловий стандарт JB/T 10217-2000 Комбіновані перетворювачі розкриває стандартне визначення комбінованих перетворювачів (як зазначено вище). У пункту 3.7 визначається "високовольтні та низьковольтні камери" як "простори, де високовольтні та низьковольтні кабельні з'єднання та оперативні та контрольні частини електричних компонентів заключені в сталі плити, опираючись на стіни баку". Це одна з структурних відмінностей від європейських боксових підстанцій.
Цей стандарт класифікує комбіновані перетворювачі (американські боксові підстанції) на два типи відповідно до конструкції баку: спільний бак та окремий бак. У спільному баку високовольтні електричні компоненти ділять масляний бак перетворювача з тілом перетворювача, позначаються буквою ZG. У окремому баку високовольтні електричні компоненти, такі як завантажувачі, розташовані в окремому масляному баку, а інші високовольтні електричні компоненти та тіло перетворювача встановлені в інший масляний бак. Масляні контури двох баків не з'єднані, позначаються буквою ZF.
Комбіновані перетворювачі зі спільним баком
Окрім переваг європейських боксових підстанцій, комбіновані перетворювачі зі спільним баком мають наступні переваги:
Меньша площа: займає приблизно 3/5 площі європейської бокової підстанції.
Краще теплообмін: перетворювач прямо викладений, що сприяє теплообміну. Конструкція відносно проста, а ціна продажу відносно низька (приблизно 3/5 від ціни європейської бокової підстанції).
Зручна транспортування та встановлення: менший об'єм, що робить транспортування та встановлення більш зручним.
У китайському контексті американські боксові підстанції, які були безпосередньо імпортовані з-за кордону, мають наступні недоліки:
Виробництво трансформаторного масла: при роботі високовольтного завантажувача дуга, яка генерується, може спричинити розклад масла перетворювача, що впливає на загальний строк служби американської бокової підстанції.
Робота при відсутності фази: при виламуванні високовольтної плавкої вставки може відбутися робота перетворювача при відсутності фази.
Обмежена функціональність високовольтної схеми: високовольтна схема має відносно прості функції, що не повністю відповідає вимогам сучасних електричних правил. Наприклад, високовольтний завантажувач не має очевидної точки роз'єднання.
Для вирішення цих проблем внутрішні виробники внесли кілька покращень. Як зазначено вище, до низьковольтових камер американських боксових підстанцій додані низьковольтові автомати (зазвичай інтелектуальні автомати), щоб забезпечити кілька захистів від вад, таких як перевантаження, недоствід, коротке замикання та заземлення. Це усуває явище виламування високовольтних плавких вставок через короткі замикання або перевантаження в низьковольтних ліні
