Analýza a řešení pro přetíženou operaci distribučních transformátorů

Důvody přetížení distribučních transformátorů

Neracionální metoda monitorování

Během provozu transformátoru je pro zajištění jeho bezpečného fungování sledován jeho zátěh. V současné době se nejčastěji používá nepřetržité monitorování, aby byla získána průměrná zátěž distribučního transformátoru. Nicméně, kvůli různým požadavkům na elektrické spotřebiče v různých časech a také různému výkonu a množství zařízení v provozu v podnicích v různých časech, se zátěž transformátoru mění.

Stávající systém monitorování má slabou schopnost sledovat zátěž v různých časech, což brání energetickým podnikům v hlubokém porozumění zátěže transformátoru v různých časech. Když je zátěž transformátoru příliš vysoká, energetické podniky nemohou přijmout relevantní opatření k snížení zátěže transformátoru, což vede k přetížení distribučního transformátoru.

Zátěž jednoho transformátoru je příliš nízká

V některých oblastech dochází k chybám při výpočtu zátěže a neracionální výběr transformátorů může vést k tomu, že distribuční transformátory jsou stále v přetíženém stavu. Existuje hlavně dvě situace přetíženého rozdělování energie:

• Jednou je jednotransformátorový způsob dodávky energie. Jak název napovídá, tento způsob používá jeden transformátor pro rozdělení energie. V tomto způsobu rozdělování, pokud jediný transformátor nesplňuje požadavky na zátěž, dojde k přetížení transformátoru. To není jen nedostatečné pro zajištění stability rozdělování energie, ale také snadno způsobuje bezpečnostní incidenty.

• Druhou je více-transformátorový způsob dodávky energie. V současnosti v oblasti dodávky a rozdělování energie se hlavně používá způsob provozu několika distribučních transformátorů, aby se zajistila stabilita procesu rozdělování energie. Nicméně, mnoho energetických podniků, aby ušetřilo náklady, v tomto režimu používá více transformátorů s relativně malou individuální zátěží. Po zapojení jsou tyto transformátory spuštěny. V takovém případě, když selže jeden z transformátorů, celý systém distribučních transformátorů bude v přetíženém stavu.

Nízká navržená míra růstu spotřeby energie

Při návrhu a výběru transformátorů je třeba odhadnout míru růstu spotřeby energie v budoucnu, aby se zajistilo, že distribuční transformátor bude po celou svou životnost fungovat pod normální zátěží. Výpočet míry růstu spotřeby energie je velkým úkolem, který vyžaduje poměrně detailní znalosti regionálního plánování a míry růstu populace. Nicméně, protože Čína nyní vstoupila do období rychlého rozvoje, spotřeba energie v každé oblasti rozdělování energie také vstoupila do období rychlého růstu. Rychlý růst spotřeby energie je způsoben především dvěma faktory:

• Jedním je zvýšení počtu vysokovýkonných elektrických spotřebičů. S vylepšením životní úrovně si stále více domácností kupuje vysokovýkonné elektrické spotřebiče, což je zcela odlišné od starých životních návyků. Výpočet a návrh míry růstu spotřeby energie na základě starých životních návyků postupně vedou k přetížení distribučních transformátorů.

• Druhým je zvýšení spotřeby energie podniky. V současnosti mnoho distribučních transformátorů dodává energii různým podnikům. Nicméně, v nové éře různé podniky zvyšují svou výrobní kapacitu, což značně zvyšuje míru růstu spotřeby energie a vedlo k přetížení transformátorů.

Řešení přetížení distribučních transformátorů

Paralelní provoz distribučních transformátorů

Jedním z důvodů přetížení distribučních transformátorů je příliš vysoký pracovní tlak na jedné lince. Na této bázi by se mělo snažit dosáhnout paralelního provozu. Nezávislý provoz více linek může zabránit problému vysokého pracovního tlaku na jedné lince. Pro paralelní provoz distribučních transformátorů je třeba zohlednit faktory jako rovnocenné nominální napěťové poměry, stejný fázový pořadí a srovnatelné napětí. Také by se měla zohlednit rozdílnost kapacity mezi paralelně spojenými transformátory.

Obecně se nedoporučuje, aby kapacita největšího transformátoru překročila třikrát kapacitu nejmenšího. Například pro 400KVA distribuční transformátor se v normálních podmínkách pracovní tlak vždy udržuje mezi 70 - 80%, ale během vrcholových období spotřeby energie může dosáhnout i nad 100%, s aktivní mocností dosahující 420KW a nejnižší zátěž jen 18%.

V takovém případě lze linku přestavět do režimu, kde 315KVA transformátor a 200KVA transformátor fungují paralelně. Když je úroveň zátěže nízká, je spuštěn jeden z nich; když je pracovní tlak příliš vysoký, jsou spuštěny oba současně, což jim umožňuje splnit pracovní požadavky v paralelním stavu a dosáhnout ekonomického provozu.

Paralelní provoz distribučních transformátorů

Jedním z důvodů přetížení distribučních transformátorů je, že jedna linka nese příliš vysoký pracovní tlak. Aby se toto řešilo, lze implementovat paralelní provoz. Nezávislý provoz více linek pomáhá zabránit problému vysokého tlaku na jedné lince. Při paralelním provozu distribučních transformátorů je třeba zohlednit faktory jako rovnocenné nominální napěťové poměry, stejný fázový pořadí a srovnatelné napětí.

Také by se měla zohlednit rozdílnost kapacity mezi paralelně spojenými transformátory. Obecně není vhodné, aby kapacita největšího transformátoru překročila třikrát kapacitu nejmenšího. Například pro 400KVA distribuční transformátor se v normálních podmínkách pracovní tlak udržuje mezi 70 - 80%, ale během vrcholových období spotřeby energie může dosáhnout i nad 100%, s aktivní mocností dosahující 420KW a nejnižší zátěž jen 18%.

V takovém případě lze linku přestavět do režimu, kde 315KVA transformátor a 200KVA transformátor fungují paralelně. Když je úroveň zátěže nízká, je spuštěn jeden z nich; když je pracovní tlak příliš vysoký, jsou spuštěny oba současně, což jim umožňuje splnit pracovní požadavky v paralelním stavu a dosáhnout ekonomického provozu.

Rozšíření kapacity transformátoru

Rozšíření kapacity transformátoru je běžným přístupem k řešení problému přetížení transformátoru. Tento způsob vyžaduje komplexní analýzu a šetření stávající práce s dodávkou energie v různých oblastech. Je třeba pochopit změny v spotřebě energie v různých časových obdobích, letech, čtvrtletích a měsících, zejména v období vrcholové spotřeby energie.

Na základě pravidelných dat se vytvoří model průměrné hodnoty a na základě vrcholové spotřeby energie se vytvoří model singulární hodnoty. Pomocí maximálních hodnot aktuálních parametrů provozu transformátoru jako lineárních omezení se vytvoří několik parametrických diagramů. Komplexní analýza všech parametrických diagramů umožní získat standardní hodnotu dodávky energie a maximální hodnotu dodávky energie.

Tyto hodnoty jsou pak porovnány s parametry provozu stávajícího transformátoru. Standardní hodnota dodávky energie se bere jako minimální hodnota a maximální hodnota dodávky energie jako horní hranice, což umožňuje stanovit základní požadavky na rozšíření kapacity.

Na této bázi, shromažďováním změn v spotřebě energie v místní oblasti za posledních 10 let, předpokládaje, že průměrná spotřeba energie se zvýšila o 2% za tato 10 let, je nutné přidat alespoň 2% k základním požadavkům na rozšíření kapacity, aby bylo možné splnit potřeby dodávky energie.

Aplikace přetížených transformátorů

Pro lepší prevenci přetížení distribučních transformátorů vyžaduje aplikace přetížených transformátorů klíčovou pozornost. To je proto, že přetížené transformátory jsou schopny nepřetržitého provozu po 6 hodin, 3 hodiny a 1 hodinu při 1,5-násobku nominální kapacity, 1,75-násobku nominální kapacity a 2,0-násobku nominální kapacity. To poskytuje silnou podporu pro prevenci přetížení distribučních transformátorů.

Hloubkovou analýzou není těžké zjistit, že oproti běžným distribučním transformátorům musí přetížené distribuční transformátory odolávat proudům vyšším než nominální proud a izolační materiály, které se používají, splňují standard tepelné odolnosti izolace nad stupněm B.

Je třeba poznamenat, že při aplikaci přetížených transformátorů je třeba dbát na jejich izolační stupně. Přetížené transformátory s izolačními stupni B, A a F mají v praktických aplikacích různé charakteristiky a existují značné rozdíly v ekonomické efektivitě. Například S13-M(F)-100/10GZ přetížený transformátor používá typ s vinutým jádrem a F-stupněm izolace, což znamená, že jeho izolační materiál má stupeň F.

Prováděním měření, jako je měření odporu izolace vinutí k zemi, měření napěťového poměru, určení značky skupiny spojení, měření odporu vinutí, zkouška izolačního oleje, externí zkouška odolnosti proti přetížení, indukovaná zkouška odolnosti proti přetížení, měření krátkozávodní impedance a ztráty zátěže, měření prázdného proudu a prázdné ztráty kolem tohoto modelu přetíženého transformátoru, lze určit, že S13-M(F)-100/10GZ přetížený transformátor splňuje různé specifikace.

A prostřednictvím analýzy zkoušek nesení zátěže a zkoušek teplotního vzestupu lze dále prokázat, že tento model přetíženého transformátoru má výkonnostní výhody. Hloubkovou analýzou není těžké zjistit, že S13-M(F)-100/10GZ přetížený transformátor s F-stupněm izolace má nižší náklady a obecně splňuje stejné požadavky na zátěž jako běžné distribuční transformátory.

Oproti S13-M(A)-100/10GZ přetíženému transformátoru, mají S13-M(F)-100/10GZ přetížený transformátor a nominální kapacita a vnější rozměry více podobné běžným produktům distribučních transformátorů. F-stupeň izolace má vysokou odolnost proti stárnutí a tepelnou odolnost, což dává S13-M(F)-100/10GZ přetíženému transformátoru významné výhody v oblasti tepelné stability, mechanických vlastností, odolnosti proti stárnutí a rychlosti vzestupu průrazového napětí během AC flashover. Tím je dobře zajištěna životnost distribučního transformátoru.