İnkişaf etmə tendensiyalarının və yüksək qəbuledilmiş/düşük qəbuledilmiş möcüzələr istehsalatının klassifikasiyasının təhlili

1. Giriş

Yüksek gerilim/düşük gerilim önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, yaygın olarak "önceden yapılandırılmış alt istasyonlar" olarak bilinir ve kısaca "prefabrik alt istasyonlar" veya "kutu alt istasyonları" olarak adlandırılır. Çin'de, bunlara önce "birleştirilmiş alt istasyonlar", "birleştirilmiş dönüştürücüler", "fabrika montajlı kompakt alt istasyonlar", "kutu tipi yüksek gerilim enerji alım birimleri" ve "önceden yapılandırılmış kompakt alt istasyonlar" gibi çeşitli isimler verilmiştir. Kasım 1995'te, Uluslararası Elektroteknik Komisyon (IEC) IEC 1330 standartında onlara resmi olarak "yüksek gerilim/düşük gerilim önceden yapılandırılmış alt istasyonlar" adını vermiştir. Mevcut GB/T 17467-2020 Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Yapılandırılmış Alt İstasyonlar standartı da bu terimi "yüksek gerilim/düşük gerilim önceden yapılandırılmış alt istasyonlar" olarak kullanmaktadır. Aşağıdaki metinde bu terim kısaca "önceden yapılandırılmış alt istasyonlar" olarak anılacaktır.

Önceden yapılandırılmış alt istasyonların ana özellikleri şunlardır:

• Ürünün tasarımı ve üretimi fabrikada tamamlanır.

• GB/T 17467 standardında belirtilen tür testleriyle doğrulanır.

• Fabrika testleriyle doğrulanır.

Temel yapısı üç işlevsel birimden oluşur: dönüştürücü odası, yüksek gerilim anahtarlama odası ve düşük gerilim anahtarlama odası. İçerisine monte edilen ana bileşenler (standartta, dönüştürücüler, yüksek gerilim anahtarlama ekipmanları, düşük gerilim anahtarlama ekipmanları vb. ana bileşenler olarak tanımlanmıştır) hem tür testleri hem de fabrika testleriyle yeterli olduğu doğrulanmıştır. Bu bileşenler gerekli şekilde birbirine bağlanarak ortak bir kap veya kutu içinde monte edilerek önceden yapılandırılmış bir alt istasyon ürünü oluştururlar. Tipik şema, GB/T 17467'nin gerekliliklerine uygun olarak tür testleriyle doğrulanır ve ardından fabrika testlerinden geçtikten sonra kullanıcıya teslim edilir. Bu, tipik bir önceden yapılandırılmış alt istasyonun temel yapısal formunu temsil etmektedir.

Pratik uygulamalarda, otomasyon cihazları, iletişim birimleri, video izleme sistemleri, kontrol güç kaynağı sistemleri, yangın önleme sistemleri vb. önceden yapılandırılmış alt istasyonlara entegre edilerek, farklı çalışma koşullarında önceden yapılandırılmış alt istasyonların işlevsellik gereksinimlerini karşılamak için önemli bileşenler veya takviyeler haline gelirler.

Önceden yapılandırılmış alt istasyonların ana avantajları arasında yüksek entegrasyon, küçük yüzölçümü, kısa inşaat süresi, esnek yer seçimi, güçlü çevre uyumluğu, kolay kurulum ve kullanım, güvenli ve güvenilir operasyon, düşük yatırım ve hızlı sonuçlar sayılabilir.

Son yıllarda, önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, rüzgar gücü ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji üretim alanlarında ve enerji depolama alanlarında hızlı gelişim ve geniş uygulamaya sahiptir, elektrik enerjisinin iletimi veya değişimini sağlarlar.

Önceden yapılandırılmış alt istasyonların uygulama senaryoları: Dağıtım ağında, önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, voltaj düşürerek elektrik enerjisinin dağıtımını gerçekleştirerek son kullanıcı gereksinimlerini karşılarlar; güç üretim sisteminde ise, voltaj yükseltme ve şebekeye bağlanma yoluyla elektrik enerjisinin güç üretim tarafından şebekeye iletimini sağlarlar.

Önceden yapılandırılmış alt istasyonlarda bulunan dönüştürücünün nominal kapasitesi ve voltaj seviyesi, alt istasyonun ölçekteki büyüklüğü ve konfigürasyonunu ölçmek için önemli göstergelerdir. Genellikle, dönüştürücünün nominal kapasitesi yaklaşık 10.000 kV·A ve voltaj seviyesi 40.5 kV ve altında olan önceden yapılandırılmış alt istasyonlar için, dönüştürücü ve anahtar ekipmanları veya diğer ekipmanlar bir bütün haline getirilir, veya ayrı modüller halinde siteye taşınarak orada bir bütün haline getirilir.

Dönüştürücünün kapasitesi 31.500 kV·A'yi aşarsa, destekleyici anahtar ekipmanları ve diğer yardımcı ekipmanlar önceden yapılandırılmış alt istasyonun kutusunun içinde yer alırken, ana dönüştürücüler dışarıda monte edilir. İki veya daha fazla ana dönüştürücü vardır ve nihayetinde bir tam alt istasyon oluşturmak üzere birleştirilir, böylece elektrik enerjisinin iletimi veya değişimini sağlar. Bu makale, endüstri gelişim yönüne veya ürünün ana özelliklerine göre önceden yapılandırılmış alt istasyonları sınıflandırır ve alt istasyon alanında gelişim trendlerini analiz eder.

2. Önceden Yapılandırılmış Alt İstasyonların Geleneksel Sınıflandırma Yöntemleri

Pratik uygulamalarda, önceden yapılandırılmış alt istasyonlar dönüştürücünün nominal kapasitesi ve yapısal özellikleri, nominal voltaj seviyesi, ana bileşenler, kutunun malzemesi ve yapısal biçimi, uygulama senaryoları ve ana amaçları açısından büyük ölçüde değişebilir. Ayrıca, uygulama alanlarındaki farklılıklar nedeniyle, endüstri standartları ve ürün doğrulama yöntemleri de farklılık gösterir. Aşağıda, önceden yapılandırılmış alt istasyonlar farklı boyutlardan veya ana özelliklerine dayanarak sınıflandırılır.

1) Yüksek Gerilim Tarafının Nominal Voltaj Seviyesine Göre Sınıflandırma

Önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, yüksek gerilim tarafındaki nominal voltaj seviyesine göre sınıflandırılır: yüksek gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, orta gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar ve düşük gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar. Yüksek gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonların yüksek gerilim tarafındaki nominal voltajı 110 kV ve üzeridir, orta gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonların nominal voltajı 3.6 ila 40.5 kV arasındadır ve düşük gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonların nominal voltajı 1.14 kV ve altındadır.

Yüksek gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar genellikle elektrik yük merkezinin yakınında monte edilir. Modüler üretimle birlikte yerinde inşa edilen bir alt istasyon inşaat modelini benimserler. Dönüştürücünün yüksek gerilim tarafındaki voltaj seviyesi yüksek, tek birim kapasitesi büyük ve birincil ve ikincil destek ekipmanlarının sayısı nispeten fazladır.

Orta gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar genellikle güç üretim sistemlerinde, dağıtım ağının uç noktalarında veya geçici güç sağlama senaryolarında kullanılır. Şema konfigürasyonları nispeten basittir, dönüştürücü kapasitesi nispeten küçüktür ve üretim süreci nispeten basittir. Düşük gerilimli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar genellikle ikincil kontrol ekipmanları, yardımcı ekipmanlar veya düşük gerilim anahtar ekipmanlarını içerir, belirli işlevsellik gereksinimlerini karşılamak için kullanılırlar.

2) Kullanım veya Kurulum Ortamına Göre Sınıflandırma

Kullanım veya kurulum ortamına göre iç mekan önceden yapılandırılmış alt istasyonları ve dış mekan önceden yapılandırılmış alt istasyonları olarak sınıflandırılır. Genellikle bahsedilen önceden yapılandırılmış alt istasyonlar genellikle dış mekan tipini ifade eder. Ayrıca, bazı fabrikalarda, binalarda veya iç mekan elektrik ekipmanlarının yanındaki nispeten küçük güç yükü olan yerlerde, destekleyici önceden yapılandırılmış alt istasyonlar iç mekan önceden yapılandırılmış alt istasyonlarıdır. Kullanım ortamları veya koruma düzeyleri, dış mekan önceden yapılandırılmış alt istasyonlarından daha iyidir ve ürünün kendisi çevre koruması ve güvenlik açısından nispeten daha düşük gereksinimlere sahiptir.

3) Ürün Kurulum Yöntemine Göre Sınıflandırma

Ürün kurulum yöntemine göre sabit önceden yapılandırılmış alt istasyonları ve mobil önceden yapılandırılmış alt istasyonları olarak sınıflandırılır. Genellikle, önceden yapılandırılmış alt istasyonlar temele sabit olarak monte edilir ve kullanımı sırasında konumu değişmez.

Madenler, petrol sahaları, inşaat alanları ve geçici bakım güç sağlama senaryoları gibi bazı uygulama senaryolarında, inşaat ilerledikçe önceden yapılandırılmış alt istasyonun konumu genellikle değiştirilmesi gerekir. İki tür mobil önceden yapılandırılmış alt istasyon vardır: tekerlekli önceden yapılandırılmış alt istasyonlar ve kayışlı önceden yapılandırılmış alt istasyonlar. Önceden yapılandırılmış alt istasyonun güç sağlama konumu değiştirilmesi gerektiğinde, bir çekicilik veya yarı çekicilik ile çekilebilir ve taşınabilir.

4) Kutu Üretiminde Kullanılan Malzemeye Göre Sınıflandırma

Önceden yapılandırılmış alt istasyonların kutusu üretiminde kullanılan farklı malzemelere dayanarak, çelik levha tipi, metal olmayan tip, paslanmaz çelik levha tipi, alüminyum alaşımı tipi, renkli çelik kompozit levha tipi, Jinbang levha tipi, magnezyum-alüminyum-cink kaplama levha tipi, konteyner tipi vb. olarak sınıflandırılabilir. Ana özellik, önceden yapılandırılmış alt istasyonların kutularının malzemeleri veya yapısal formlarının çeşitliliğidir, bu da kullanıcıların veya kullanım gereksinimlerinin farklı ihtiyaçlarını karşılayabilir.

5) Kutu Görünümüne veya Çevreye Uyum Derecesine Göre Sınıflandırma

Önceden yapılandırılmış alt istasyonların çevresel kullanım ortamına yönelik özel gereksinimlerine dayanarak, normal tip, manzara tipi (örneğin, kutu yüzeyinde Çin antik mimarisine, Avrupa mimarisine, sanatsal şekillere veya manzara resimlerine benzeyen stiller bulunmaktadır), vb. olarak daha da ayrılmıştır. Örneğin, parkta kullanılan önceden yapılandırılmış alt istasyon, park ortamına uygun bir kulübe veya binanın şeklini alır ve yüzeyi manzara resimleri veya farklı renk tonlarıyla süslenir.

6) Farklı Kurulum Yöntemlerine Göre Sınıflandırma

Önceden yapılandırılmış alt istasyon ile temelin arasındaki birleşim derecesine göre, üstü açık önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, yarı gömülmüş önceden yapılandırılmış alt istasyonlar ve tamamen gömülmüş önceden yapılandırılmış alt istasyonlar olarak ayrılabilir. Üstü açık önceden yapılandırılmış alt istasyonda, tüm önceden yapılandırılmış alt istasyon temelin üzerine monte edilir. Yarı gömülmüş önceden yapılandırılmış alt istasyonda, üç temel işlevsel odaya ait yüksek gerilim anahtarlama odası ve düşük gerilim anahtarlama odası temelin üzerinde yer alırken, dönüştürücü odası temelin altında yer alır ve temele gömülür.Ürünün toplam hacmi nispeten küçüktür. Tamamen gömülmüş önceden yapılandırılmış alt istasyon, tüm ürün temelin içine gömülür, sadece denetim delikleri veya havalandırma delikleri temelin üzerinde görünür hale gelir. Bu tür ürün, özellikle şehir merkezi veya yoğun nüfuslu bölgelerde, ürünün kullanım ortamına görsel etkisini azaltmak ve ürünün işlemesi sırasında güvenilirliğini ve güvenliğini artırmak için çok uygun bir seçenektir.

7) İşlevsel Oda Düzenlemelerine Göre Sınıflandırma

Önceden yapılandırılmış alt istasyonların üç temel işlevsel odası (yüksek gerilim odası, düşük gerilim odası ve dönüştürücü odası) farklı düzenlemeler veya kombinasyonlarına göre, "göz" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, "iğne" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, "H" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, "halter" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, "alan" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonlar, vb. olarak ayrılmıştır.

"Göz" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonda, dönüştürücü odası ortada, yüksek gerilim odası ve düşük gerilim odası her iki tarafta yer alır. Toplam düzeni, Çince karakterlerin "göz" şekline benzer. "İğne" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonda, üç işlevsel oda bir arada düzenlenir, Çince karakterlerin "" şekline benzer.

"H" şeklinde önceden yapılandırılmış alt istasyonda, yüksek gerilim odası ve düşük gerilim odası ayrı kutular halinde üretilir ve sıvı dolgulu dönüştürücünün canlı kısımları tamamen kaplanarak iki kutu arasında yerleştirilir. Ayrıca, dönüştürücünün her iki tarafında tel örgü koruması kullanılarak basit koruma ve yalıtım sağlanır, bu da dönüştürücünün çalışması sırasında ısı散发热量的条件。哑铃型预制变电站实际上包含一组高压开关柜、两组变压器和低压开关柜。高压室位于箱体中间，而变压器室和低压室分别位于变压器室的两侧。每个功能室的整体布局呈哑铃状。在“田”字形预制变电站中，低压室被分为两个独立的隔间（低压开关室和自动化室），与高压室和变压器室一起，整体布局呈“田”字形状。 8）按习惯称呼分类 根据产品的特点和习惯称呼，预制变电站分为欧式变电站、美式变电站和中式变电站。 预制变电站的关键单元（高压开关设备、低压开关设备、变压器）都是经过型式试验定型的标准产品。最初主要从德国等欧洲国家引进，俗称“欧式变电站”。其主要特点是关键部件的互联组合，设计方案灵活多变，变压器扩容相对方便。目前广泛应用于配电网和发电系统。 根据标准JB/T 10217，美式变电站是指将高压开关安装在变压器油箱内，用变压器油作为绝缘和灭弧介质，而低压开关则安装在低压箱内的预制变电站。例如，以美国Cooper公司为代表的10kV经济型预制变电站，俗称“美式变电站”。 美式变电站的主要特点是高压负荷开关、变压器铁芯、线圈等浸在同一油箱内，共同使用变压器油作为绝缘、灭弧和冷却介质。采用双熔丝保护，熔丝具有电流和温度双重敏感特性，大大提高了变压器保护的灵敏度和可靠性。美式变电站的主要优点是体积小、结构紧凑、简单、经济。 但其缺点也很明显，如变压器油绝缘性能迅速下降，方案简单，灵活性差。高压开关分合闸时产生的电弧会恶化变压器油的质量。目前，10kV美式变电站在配电网中很少使用，已被列为淘汰或限制使用的产品。 经过改造升级后的10kV美式变电站，电压等级提高到35kV，并应用于新能源发电系统。由于其结构紧凑、占地面积小、制造成本低，正逐步推广使用。 近年来，在风力发电和光伏发电等新能源系统中使用的预制变电站，主要是将发电侧较低电压等级的电能传输到35kV高压变电站。变压器容量越来越大，如果设计成“欧式变电站”的形式，变压器封闭安装在变压器室内，难以将产生的热量散发到外部。 需要增加风扇或换热器等设备来解决这个问题。因此，出现了一种结构相对紧凑、液浸变压器安装在箱外的预制变电站。其主要特点是：变压器安装在户外，解决了变压器的安全防护和散热问题，制造成本显著降低。外观上有些类似于“美式变电站”，但实际上仍属于“欧式变电站”。当它首次出现在行业内时，被称为“紧凑型预制变电站”。由于它最早在中国成功研发并应用于实际工程项目，行业内通常称之为“中式变电站”。但其产品特征更符合GB/T 40823标准的要求。 3. 预制变电站的发展趋势 从以下几个不同方面分析预制变电站的发展趋势。 1）箱体制造材料和结构形式多样化 最直观明显的变化是，预制变电站箱体的结构形式呈现出多样化的趋势，可以从箱体的形状、颜色和材料等方面观察到。箱体应与周围环境相协调。例如，欧式变电站一般地下沉1米，地上部分不超过1.5米，既不影响远距离观景，也不会造成儿童攀爬玩耍时的意外伤害。所用材料为非金属材料，环保且易于与周围环境协调。 外壳常用的材料有普通钢板、不锈钢板、铝合金板、彩钢复合板。几年前，玻璃纤维增强水泥板、玻璃纤维增强塑料板及非金属材料也得到了应用。此外，同一个箱体上可能有几种材料。例如，普通箱体外装饰木板和釉面瓷砖装饰板，双层结构夹层中使用膨胀聚苯乙烯（EPS）、玻璃纤维、石棉、硅酸铝棉等保温材料。 在耐腐蚀性、耐火性和抗故障电弧方面，非金属材料壳体明显优于金属材料壳体。一些预制变电站采用金邦板作为壳体材料，具有环保、轻质、高强度、隔音、隔热、防水、防火、防腐等特点。 2）SF6气体绝缘开关设备的大力推广和应用 对于40.5kV及以下电压等级的预制变电站，高压侧一般采用空气或SF6气体绝缘的断路器或负荷开关，部分产品采用变压器油作为绝缘介质的负荷开关。 在12kV预制变电站中，由于变压器容量一般在1250kVA以下，越来越多地采用组合电器（负荷开关+熔断器）或负荷开关。当使用断路器保护变压器时，切断故障线路的时间稍长，不利于关键设备（如变压器）的保护。而组合电器中的熔断器可以在20ms内切断故障电流。 12kV电压等级的负荷开关单元包括产气负荷开关柜、真空断路器开关柜、真空负荷开关柜和SF6气体绝缘开关设备。目前，SF6气体绝缘开关设备在预制变电站中最常用，在海拔高度、可靠性、安全性、体积和特殊应用环境等方面具有更加明显的优点。 3）变压器性能及通风散热的改进 在12kV预制变电站中，常用的变压器包括油浸变压器和干式变压器，其绝缘性能和空载、负载损耗值进一步优化。在高层建筑中，从变压器到开关设备，要求不含有易燃材料且不易被变压器油污染的干式变压器。 变压器的通风散热原则是：以自然通风为主，辅以强迫风冷。常见的强迫风冷方法是在变压器室顶部或箱壁板上安装风机，将箱内的热空气吹出，搅动室内热空气循环。有时也会在变压器下方放置风机，向内送冷风，散热效果较好。 4）预制变电站内部故障电弧 预制变电站内部可能发生故障电弧，采取的措施可分为两类：主动措施和被动措施。主动措施主要是为了限制故障电弧的持续时间，而被动措施则侧重于限制故障电弧造成的后果。虽然无法完全防止内部电弧的发生，但可以通过限制电弧持续时间带来的危害，最大限度地减少故障电弧对人员或设备的影响。 虽然内部故障电弧试验没有列入强制性试验项目，但被视为“适用时的强制性型式试验项目”。由于其直接威胁人身安全和设备正常运行，引起了制造商和用户的高度重视。因此，电弧燃烧试验项目在预制变电站的型式试验和质量抽查中逐步得到大力推广。 5）智能化发展显著 智能化是智能电网的重要特征，也是预制变电站的发展方向。具有高度自动化的预制变电站在业内一般称为智能预制变电站。智能预制变电站的工作特性和职责要求其具有良好的互动性。 实现信息采集和分析后，智能预制变电站不仅能内部共享这些信息，还能与电网内更复杂先进的自动化系统进行良好互动。智能预制变电站的互动性在一定程度上保证了电网的安全稳定运行。 6）“预制舱”的发展及其主要特点 当预制变电站在电网负荷中心应用时，变压器容量一般较大，配套的高低压设备、二次自动化设备、SVG（静止无功发生器）设备等都安装在箱内；主变压器安装在户外。它具有功能单元预制化、通过模块组装建设变电站的特点，对箱体结构形式、消防系统、人员安全和设备监控有较高要求。业内称之为“预制舱”。实际上，它是一种大规模、模块化组合、现场安装的预制变电站。 7）“一体化逆变器”的出现及应用场景 在应用于光伏发电系统和储能系统的预制变电站中，传统的低压开关设备被逆变器替代，形成由逆变器、变压器和高压开关设备组成的预制变电站。实现了直流电到交流电的转换。交流电经变压器升压后，由高压开关设备送往40.5kV开关站，再通过35/110kV或35/220kV电压等级的主变压器送往电网，或实现电网与电池组之间的能量交换或转移。这是另一种形式的预制变电站。 4. 结论 在电网中，预制变电站具有高集成度、方案灵活、方式多样、建设周期短、占地面积小、制造成本低等特点。它们在各行各业的应用越来越广泛，从最初的10kV电压等级终端用户应用延伸到35kV（110kV、220kV）电压等级的电力负荷中心。 由于具备变电站的基本特性，随着高压开关设备、低压开关设备、变压器和自动化等配套产业的发展，显示出越来越强的市场活力。从配电网的电能分配到新能源领域的电能传输，或实现电池组与电网之间的电能交换或电能质量治理，其应用非常广泛。同时也推动了相关制造业的快速发展和相关行业技术水平的不断提高，成为输配电行业中变电站的重要组成部分或补充。 请注意： - 若是内容翻译有明确书写体要求，就必须按照要求的书写体格式输出翻译。 - 若是内容翻译没有有明确书写体要求则：• 若目标语言存在多书写体（如旁遮普语），输出使用最广泛的标准书写体（如拉丁字母），若是需要翻译的语种有多种书写方式，请输出使用范围最广的书写字体。 - 切忌一定不能出现任何解释说明，只输出最终翻译结果 - 即使内容很短或很长，也要完整翻译输出，禁止省略或总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。- 严格遵守格式与结构，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，不要出现任何思考字眼。