Alumīnija un mieda vijumi elektrotransformatoros: Izmaksu un veiktspējas salīdzinājums

Pašreizējā raktuvju cena joprojām ir augsta, svārstot robežās no 70 000 līdz 80 000 juaņu tonnā. Savukārt alūminija cena paliek zema, turpinot būt apmēram 18 000 līdz 20 000 juaņu tonnā. Elektroenerģijas transformatoru projektēšanā, izmantojot alūminija virpes, neapšaubāmi tiks ievērojami samazinātas materiālu izmaksas, nodrošinot galvenajiem klientiem lielus izdevumu ietaupījumus.

Ilgstoši nozares vidū ir plaši pieņemts, ka alūminija virpes var izmantot tikai elektroenerģijas transformatoros ar sprieguma līmeni līdz 35 kV. Faktiski, šis ir liels pārpratums. Tiesībaikā, alūminija virpes var radīt vēl lielākas priekšrocības, tiekot izmantotas augstsprieguma elektroenerģijas transformatoros. Tiešais faktors, kas patiešām ierobežo alūminija virpju plašāko izmantošanu, ir tas, ka pašlaik alūminija vedēja izturība sasniedz aptuveni 70 MPa, kas dažos gadījumos var novest pie nepietiekamas transformatoru virpju īsā ceļa izturības.

1. Pašreizējā situācija un standarti
1.1 Alūminija virpju transformatoru pašreizējā situācija

Ārpus valsts, alūminija virpju transformatori tiek plaši izmantoti sadalīšanas transformatoru jomā un ir mazs skaits galvenajos transformatoros. Ķīnā, neskatoties uz to, ka alūminija virpes tika izmantotas sadalīšanas transformatoros, galvenie transformatori ar sprieguma līmeni no 110 kV līdz 1000 kV vēl nav likumīgi piemēroti.

1.2 Saistītie standarti alūminija virpju transformatoriem

Globālais standarts IEC un valsts standarts GB skaidri atļauj elektroenerģijas transformatoriem izmantot vai nu vaļu vai alūminiju kā virpju vedēju materiālu. Turklāt Nacionālais enerģijas administrācijas iestāde janvārī 2016. gadā publicēja nozares standartus alūminija virpju transformatoriem, tostarp 6kV～35kV ūdens nonākšanas alūminija virpju sadalīšanas transformatoru tehniskie parametri un prasības un 6kV～35kV sauss alūminija virpju transformatoru tehniskie parametri un prasības. Tas pilnībā liecina, ka, no standarta perspektīvas, alūminija virpju transformatoru izmantošana ir likumīga.

2. Kvantitatīva izmaksu salīdzinājuma analīze

Pamatojoties uz konventionālo projektēšanas pieredzi, nodrošinot vienādus transformatoru veiktspējas parametrus (piemēram, bezslodzes zudējumi, slodzes zudējumi, īsā ceļa impedancija, īsā ceļa izturības rezervs utt.), kombinējot to ar pašreizējo ražojumu cenu (golfa vaļas tirgus cena ir aptuveni 70 000 juaņu tonnā, bet golfa alūminija cena ir aptuveni 20 000 juaņu tonnā), galvenās materiālu izmaksas alūminija virpju transformatoriem var tikt ietaupītas vairāk nekā 20% salīdzinājumā ar vaļas virpju transformatoriem.

Nākamā specifiskā salīdzinājuma piemēra izmantošana ir ar SZ20-50000/110-NX2 elektroenerģijas transformatoru.

No šiem salīdzinājuma rezultātiem redzams, ka, nodrošinot vienādus veiktspējas parametrus, 50 MVA/110 kV divvirpu II efektivitātes klases elektroenerģijas transformatoram, alūminija virpju izmaksas ir aptuveni 23,5% zemākas nekā vaļas virpju izmaksas, un izmaksu samazinājuma efekts ir ļoti nozīmīgs.

Veiktspējas kvalitatīvs salīdzinājums

Elektroenerģijas transformatoru ar alūminija un vaļas virpēm galvenās veiktspējas kvalitatīvā salīdzinājuma aspekti ir šādi:

3.1 Bezslodzes zudējumi

Alūminija virpju transformatora dzelzsirds ir relatīvi liela. Lai nodrošinātu vienādus bezslodzes zudējumus, to var sasniegt, samazinot magnētisko plūsmas blīvumu, dzelzsirdes diametru vai izvēloties silīciem ar zemākiem vienības zudējumiem.

3.2 Slodzes zudējumi

Kamēr alūminija vedēju rezystivitāte ir aptuveni 1,63 reizes lielāka nekā vaļas vedēju, lai nodrošinātu vienādus slodzes zudējumus, parasti tiek samazināta alūminija virpju vedēju strāvas blīvums.

3.3 Īsā ceļa izturība

Parastajām īsā ceļa impedancēm un nominales jaudai zem 100 MVA, ja dizains ir saprātīgs, alūminija virpju transformators var arī būt ar pietiekamu īsā ceļa izturību. Tomēr, ja transformatora nominales jauda ir virs 100 MVA vai impedancija ir būtiski zema, alūminija virpju transformatoram var rasties nepietiekama īsā ceļa izturība.

3.4 Izolācijas rezervs

Tā kā alūminija vedēju sekcija ir parasti lielāka un vedēju līkuma rādiuss ir lielāks, alūminija virpes salīdzinājumā ar vaļas virpēm iegūst vairāk vienmērīgu elektrisku lauku. Ar vienādu galveno izolācijas attālumu un eļļas spraugas dalījumu, būs lielāks galvenais izolācijas rezervs. Virpju garainajā izolācijā, lielāka alūminija vedēja sekcija nozīmē lielāku starppārvežu kapacitanci, kas arī ir labākai vilcienprocesa sadalīšanai. Tas ir pamatprincips, kas padara alūminija virpes īpaši piemērotas augstsprieguma transformatoriem.

3.5 Siltuma stāvoklis

Tā kā alūminija vedēju sekcija parasti ir lielāka, alūminija virpju transformatoram būs lielāks sasiluma virsma salīdzinājumā ar vaļas virpju transformatoru. Ar vienādu siltuma avotu, tiks gūts zemāks vaļa-eļļa siltuma stāvoklis. Turklāt, jo alūminija vedējam ir būtiski vājāks ādas efekts un mazāki vārda zudējumi, alūminija virpēm būs zemāks karstuma punktu siltuma stāvoklis.

3.6 Pārmērīgā slodze un darbības ilgums

Tā kā virpēm pati par sebi ir vājāks ādas efekts un zemāks karstuma punktu siltuma stāvoklis, vienādos apstākļos, alūminija virpju transformatoram būs ilgāks darbības ilgums un spēcīgāka pārmērīgā slodzes spēja.

4 Kopsavilkums

Nodrošinot vienādus veiktspējas parametrus, pašreizējās vaļas un alūminija tirgus cenās, elektroenerģijas transformatoru ar alūminija virpēm izmaksas parasti tiks samazinātas vairāk nekā 20% salīdzinājumā ar vaļas virpju transformatoriem. Tehniski runājot, izņemot īsā ceļa izturību, elektroenerģijas transformatoru ar alūminija virpēm vispārējā veiktspēja noteikti ir labāka nekā vaļas virpju transformatoriem.

Funkcionāli runājot, elektroenerģijas transformatoru ar alūminija virpēm ierobežota izmantošana nelielā mērā saistīta ar augstu spriegumu, bet gan ar lielu jaudu. Būtībā tas ir saistīts ar alūminija vedēju dabisku izturības trūkumu, kas grūti apmierina dažu lielu jaudas vai zemas impedancijas elektroenerģijas transformatoru īsā ceļa izturības prasības. Alūminija savienojuma vedēju transformatoru izveidošana ir mēģinājums šo problēmu atrisināt.

Tomēr, palielinot elektroenerģijas transformatoru īsā ceļa impedanci, šo problēmu var ātri atrisināt. Palielinot elektroenerģijas transformatoru īsā ceļa impedanci, īsā ceļa strāva tiks samazināta. Pat lielā jauda (piemēram, virs 180 MVA) elektroenerģijas transformatoriem, alūminija virpju īsā ceļa izturība vairs nebūs ierobežojošs faktors.