Analiza i rešenja za preopterećeno radno stanje distribucijskih transformatora

Razlozi preopterećenog rada distribucijskih transformatora

Nerazumna metoda nadzora

Tokom rada transformatora, kako bi se osigurala njegova bezbedna operacija, nadgleda se opterećenje transformatora. Trenutno, uglavnom se koristi neprekidni nadzor kako bi se dobila prosečna opterećenost distribucijskog transformatora. Međutim, zbog različitih potreba za električnim uređajima u različitim vremenima, kao i različite snage i količine opreme u radu u preduzećima u različitim vremenima, opterećenje transformatora će se menjati. 

Postojeći sistem nadzora ima lošu sposobnost praćenja opterećenja u različitim vremenima, što sprečava energetske preduzeće da imaju duboko razumevanje opterećenja transformatora u različitim vremenima. Kada je opterećenje transformatora preveliko, energetska preduzeća nisu u mogućnosti da poduzeću odgovarajuće mere kako bi smanjili opterećenje transformatora, što dovodi do preopterećenog rada distribucijskog transformatora.

Opterećenje jednog transformatora je prenisko

U nekim oblastima, odgovorna lica greše u izračunavanju opterećenja, a nerazumno biranje transformatora može dovesti do toga da distribucijski transformatori uvek budu u stanju preopterećenog rada. Postoji dva glavna scenarija preopterećenog rada:

• Jedan je modus opskrbe sa jednim transformatorom. Kao što naziv kaže, ovaj modus koristi jedan transformator za distribuciju struje. U ovom modusu opskrbe, ako jedan transformator ne može ispuniti zahteve za opterećenjem, to će dovesti do preopterećenog rada transformatora. Ovo ne samo što ne osigurava stabilnost opskrbe strujom, već lako može dovesti do sigurnosnih incidenta.

• Drugi je modus opskrbe sa više transformatora. Trenutno, u oblasti opskrbe i distribucije struje, uglavnom se koristi modus rada sa više distribucijskih transformatora kako bi se osigurala stabilnost procesa distribucije. Međutim, mnoga energetska preduzeća, radi uštede, koriste više transformatora sa relativno niskim pojedinačnim opterećenjima u ovom modusu. Nakon povezivanja, stavljeni su u rad. U ovom slučaju, kada jedan od transformatora padne, dovesti će do toga da ceo sistem distribucijskih transformatora bude u stanju preopterećenog rada.

Pronaći rast potrošnje struje je prenizak

Tokom dizajna i izbora transformatora, potrebno je proceniti stopu rasta potrošnje struje u budućnosti kako bi se osiguralo da distribucijski transformator može uvek raditi pod normalnim opterećenjem tokom svog životnog veka. Izračunavanje stope rasta potrošnje struje je velika posao koji zahteva relativno detaljno poznavanje regionalnog planiranja i stope rasta populacije. Međutim, kako je Kina sada ušla u period brzog razvoja, potrošnja struje u svakoj oblasti distribucije takođe je ušla u period brzog porasta. Brzi porast potrošnje struje je uglavnom uzrokovan dva faktora:

• Jedan je porast broja uređaja visokog snaga. Sa poboljšanjem standarda života, sve više kućanstava kupuje uređaje visokog snaga, što je potpuno drugačije od starih navika života. Izračunavanje i dizajniranje stope rasta potrošnje struje na osnovu starih navika života će postepeno dovesti do preopterećenog rada distribucijskih transformatora.

• Drugi je porast potrošnje struje u preduzećima. Trenutno, mnogi distribucijski transformatori opskrbljuju razna preduzeća. Međutim, u novoj eri, razna preduzeća povećavaju svoju proizvodnu kapacitet, što značajno povećava stopu rasta potrošnje struje i dovodi do preopterećenog rada transformatora.

Rešenja za preopterećeni rad distribucijskih transformatora

Paralelni rad distribucijskih transformatora

Jedan od razloga preopterećenog rada distribucijskih transformatora je preveliki radni pritisak na jednu liniju. Na osnovu toga, treba pokušati ostvariti paralelni rad. Nezavisni rad više linija može izbegnuti problem velikog radnog pritiska na jednu liniju. Za paralelni rad distribucijskih transformatora, potrebno je uzeti u obzir faktore poput jednakih nominalnih odnosa napona, istog faza redosleda i sličnih naponih nivoa. Takođe, razlika u kapacitetu između paralelnih transformatora ne bi trebalo da bude prevelika. 

Opšte se preporučuje da kapacitet najvećeg transformatora ne premaši tri puta kapacitet najmanjeg. Na primer, za 400KVA distribucijski transformator, u normalnim uslovima, radni pritisak se uvek održava između 70 - 80%, ali tijekom vrhunskih perioda potrošnje struje, može čak dostići preko 100%, s aktivnom snagom od 420KW i najnižim opterećenjem od samo 18%. 

U ovom slučaju, linija može biti rekonstruisana u modus gde 315KVA transformator i 200KVA transformator rade paralelno. Kada je nivo opterećenja nizak, jedan od njih se pokrene za rad; kada je radni pritisak previsok, oba se pokreću istovremeno, omogućavajući im da zadovolje radne zahteve u paralelnom stanju dok istovremeno ostvaruju ekonomičan rad.

Paralelni rad distribucijskih transformatora

Jedan od razloga preopterećenog rada distribucijskih transformatora je da jedna linija nosi preveliki radni pritisak. Da bi se to rešilo, može se implementirati paralelni rad. Nezavisni rad više linija pomaže da se izbegne problem visokog pritiska na jednu liniju. Kada se distribucijski transformatori rade paralelno, potrebno je uzeti u obzir faktore kao što su jednaki nominalni odnosi napona, isti redosled faza i slični naponski nivoi.

Takođe, razlika u kapacitetu između paralelnih transformatora ne bi trebalo da bude prevelika. Opšte se preporučuje da kapacitet najvećeg transformatora ne premaši tri puta kapacitet najmanjeg. Na primer, za 400KVA distribucijski transformator, u normalnim uslovima, radni pritisak ostaje između 70 - 80%, ali tijekom vrhunskih perioda potrošnje struje, može čak premašiti 100%, s aktivnom snagom od 420KW i najnižim opterećenjem od samo 18%. 

U takvom slučaju, linija može biti rekonfigurisana u modus gde 315KVA transformator i 200KVA transformator rade paralelno. Kada je nivo opterećenja nizak, jedan od njih se aktivira za rad; kada je radni pritisak previsok, oba se aktiviraju istovremeno, omogućavajući im da zadovolje radne zahteve u paralelnom stanju i ostvaruju ekonomičan rad.

Ekspanzija kapaciteta transformatora

Ekspanzija kapaciteta transformatora je često korišćen pristup za rešavanje problema preopterećenog rada transformatora. Ovaj metod zahteva kompleksnu analizu i istraživanje postojećeg elektroenergetskog rada u različitim regionima. Potrebno je razumeti promene u potrošnji struje u različitim vremenskim periodima, godinama, kvartalima i mesecima, posebno u vrhunskim periodima potrošnje struje.

Na osnovu redovnih podataka, formira se model srednjih vrednosti, a na osnovu vrhunskih vrednosti potrošnje struje, formira se model singularnih vrednosti. Koristeći maksimalne vrednosti trenutnih parametara rada transformatora kao linearni ograničenja, konstruiše se nekoliko dijagrama parametara. Kompleksnom analizom svih dijagrama parametara, mogu se dobiti standardna vrednost opskrbe strujom i maksimalna vrednost opskrbe strujom.

Ove vrednosti se zatim upare sa radnim parametrima postojećeg transformatora. Uzimajući standardnu vrednost opskrbe strujom kao minimalnu vrednost i maksimalnu vrednost opskrbe strujom kao gornju granicu, mogu se odrediti osnovni zahtevi za ekspanziju kapaciteta.

Na osnovu toga, sakupljanjem promena u potrošnji struje u lokalnoj oblasti u proteklom desetljeću, pretpostavljajući da je prosečna potrošnja struje porasla za 2% tokom ovih 10 godina, potrebno je dodati još barem 2% na osnovu osnovnih zahteva za ekspanziju kapaciteta kako bi se ispunio zahtev za opskrbom strujom.

Primena preopterećenih transformatora

Da bi se bolje sprecirao preopterećeni rad distribucijskih transformatora, primena preopterećenih transformatora takođe zahteva ključnu pažnju. To je zato što preopterećeni transformatori mogu kontinuirano raditi 6h, 3h i 1h redom pod 1.5-puta nominalni kapacitet, 1.75-puta nominalni kapacitet i 2.0-puta nominalni kapacitet. Ovo pruža snažnu podršku u prevenciji preopterećenog rada distribucijskih transformatora. 

Dubljom analizom nije teško uočiti da, u poređenju sa običnim distribucijskim transformatorima, preopterećeni distribucijski transformatori moraju izdržavati struje veće od nominalne, a materijali za izolaciju koji se koriste zadovoljavaju standard izolacione toplotne otpornosti iznad klase B.

Treba napomenuti da, kada se koriste preopterećeni transformatori, potrebno je paziti na njihove klase izolacije. Preopterećeni transformatori sa izolacijom klase B, A i F imaju različite karakteristike u praktičnoj primeni, a postoji i značajna razlika u ekonomskoj efikasnosti. Na primer, preopterećeni transformator S13-M(F)-100/10GZ koristi namotan jezgrani tip i proizvod sa izolacijom klase F, što čini da je materijal za izolaciju klase F. 

Izvršavanjem mjerenja poput mjerenja otpornosti izolacije namota na zemlju, mjerenja odnosa napona, određivanja oznake skupine vezanja, mjerenja otpornosti namota, testiranja izolacionog ulja, spoljnog testa otpornosti na prekomerni napon, induciranih testova otpornosti na prekomerni napon, mjerenja kratkospojnog impedansa i gubitaka pri opterećenju, te mjerenja bezopterećenog toka i gubitaka pri bezopterećenom radu oko ovog modela preopterećenog transformatora, može se utvrditi da preopterećeni transformator S13-M(F)-100/10GZ zadovoljava razne specifikacije. 

I kroz analizu testova nosećeg kapaciteta i testova stepena zagrijavanja, može se dalje dokazati da ovaj model preopterećenog transformatora ima prednosti u performansama. Dubljom analizom nije teško uočiti da preopterećeni transformator S13-M(F)-100/10GZ sa izolacijom klase F ima nižu cenu, i obično može zadovoljiti iste zahteve za opterećenje kao i konvencionalni distribucijski transformatori.

U poređenju sa preopterećenim transformatorom S13-M(A)-100/10GZ, preopterećeni transformator S13-M(F)-100/10GZ ima sličnije nominalne kapacitete i spoljne dimenzije konvencionalnim produktima distribucijskih transformatora. Izolacija klase F ima visoku otpornost na staranje i visoku toplotnu otpornost, što takođe daje preopterećenom transformatoru S13-M(F)-100/10GZ značajne prednosti u pogledu stabilnosti pri visokim temperaturama, mehaničkih osobina, otpornosti na staranje i brzini povećanja napona raspadanja tokom AC bljesnuta. Time je dobro osiguran vijek trajanja distribucijskog transformatora.