Анализ на класификацията и тенденциите в развитието на високонапрегнати/нисконапрегнати предизготвени подстанции

Echo

Поле: Анализ на трансформатори

China

1. Въведение

Високо-нисковолтовите предварително изработени трансформаторни станции, обикновено известни като "предварително изработени трансформаторни станции", са съкратени до "предварително изработени станции" или "контейнерни станции". В Китай те са били наричани с различни имена, като "комбинирани станции", "комбинирани трансформатори", "фабрично сборни компактни станции", "контейнерни високоволтови блокове за приемане на електроенергия" и "предварително изработени компактни станции". През ноември 1995 г. Международната електротехническа комисия (IEC) официално ги нарекла "високо-нисковолтови предварително изработени трансформаторни станции" в стандарта IEC 1330. Съществуващият стандарт GB/T 17467—2020 Високо-нисковолтови предварително изработени трансформаторни станции също приема термина "високо-нисковолтови предварително изработени трансформаторни станции", който в следващия текст ще бъде наричан с краткото име "предварително изработени станции".

Основните характеристики на предварително изработените станции са следните:

Проектуването и производството на продукта се завършват в завод.
Потвърдени са чрез типови тестове, както е посочено в стандарта GB/T 17467.
Потвърдени са чрез заводски тестове.

Неговата основна съставка включва три функционални единици, а именно трансформаторна зала, високоволтова комутационна зала и нисковолтова комутационна зала. Ключовите компоненти, монтирани вътре (в стандарта трансформаторите, високоволтовите комутационни устройства, нисковолтовите комутационни устройства и др. са дефинирани като ключови компоненти), са потвърдени като квалифицирани чрез типови и заводски тестове. Тези компоненти са свързани помежду си според нуждите и са монтирани в общо жилище или контейнер, за да се формира продукт от предварително изработена станция. Типичната схема е потвърдена чрез типови тестове в съответствие с изискванията на GB/T 17467 и след като преминат заводски тестове, е доставяна на потребителите за инсталиране и употреба. Това представлява основната структурна форма на типична предварително изработена станция.

В практически приложения автоматизирани устройства, комуникационни единици, системи за видеонаблюдение, системи за контролно захранване, противопожарни системи и др. са интегрирани в предварително изработените станции, ставайки важни компоненти или добавки, за да отговарят на функционалните изисквания на предварително изработените станции при различни условия на работа.

Основните предимства на предварително изработените станции включват висока интеграция, малко занимаемо пространство, кратък период на строеж, гъвкав избор на местоположение, силна адаптивност към околната среда, удобство за инсталиране и употреба, безопасна и надеждна работа, ниска инвестиция и бързи резултати.

През последните години предварително изработените станции са свидетелили бързо развитие и широко приложение в области като нова енергия, генериране на електроенергия и съхранение, като вятърна и фотоелектрическа енергия, позволяващи пренос или размяна на електроенергия.

Приложения на предварително изработените станции: В разпределителната мрежа предварително изработените станции осъществяват разпределението на електроенергия чрез намаление на напрежението, за да отговорят на изискванията на крайните потребители; в системата за генериране на електроенергия те осъществяват преноса на електроенергия от страна на генериране към мрежата чрез повишаване на напрежението и свързване с мрежата.

Номиналната мощност и ниво на напрежението на трансформатора, оборудван в предварително изработените станции, са важни показатели за измерване на мащаба и конфигурацията на станцията. Обикновено, за предварително изработени станции с номинална мощност на трансформатора около 10 000 kV·A и ниво на напрежението 40,5 kV и под, трансформаторът и комутационните устройства или друго оборудване са монтирани цялостно, или се превозват на място в отделни модули и после се монтират цялостно.

Когато мощността на трансформатора надвишава 31 500 kV·A, придружаващите комутационни устройства и друго допълнително оборудване се инсталират във вагонетката на предварително изработената станция, докато главните трансформатори се инсталират на открито. Има две или повече главни трансформатора, които в крайна сметка се свързват, за да формират пълна станция, като това позволява преноса или размяната на електроенергия.Тази статия класифицира предварително изработените станции от гледна точка на насоките за развитие на индустрията или основните характеристики на продукта и анализира техните тенденции за развитие в областта на станциите.

2. Традиционни методи за класификация на предварително изработените станции

В практическите приложения предварително изработените станции се различават значително по номиналната мощност и конструктивните характеристики на трансформатора, номиналното ниво на напрежението, ключовите компоненти, материала и конструктивната форма на вагонетката, приложението и основните цели. Освен това, поради различията в областите на приложение, индустриалните стандарти и методите за проверка на продуктите също се различават. По-долу предварително изработените станции се класифицират от различни измерения или според основните им характеристики.

1) Класификация по номиналното ниво на напрежението на високоволтната страна

Предварително изработените станции се класифицират според номиналното ниво на напрежението на високоволтната страна в: високоволтови предварително изработени станции, средноволтови предварително изработени станции и нисковолтови предварително изработени станции. Номиналното напрежение на високоволтната страна на високоволтовите предварително изработени станции е 110 kV и над, на средноволтовите предварително изработени станции е между 3,6 и 40,5 kV, а на нисковолтовите предварително изработени станции е 1,14 kV и под.

Високоволтовите предварително изработени станции обикновено се инсталират близо до центъра на електрическата нагрузка. Често се използва режим на строеж на станция, който комбинира модулно производство с изграждане на място. Те характеризират с високо ниво на напрежението на високоволтната страна на трансформатора, голяма единична мощност и относително голям брой допълнителни и вторични придружаващи устройства.

Средноволтовите предварително изработени станции обикновено се използват в системи за генериране на електроенергия, на терминалите на разпределителната мрежа или в ситуации на временна поддръжка на електроенергия. Ихната схема е относително проста, мощността на трансформатора е относително малка, а производственият процес е относително прост.Нисковолтовите предварително изработени станции обикновено инсталират вторични контролни устройства, допълнителни устройства или нисковолтови комутационни устройства вътре, за да удовлетворят специфични функционални изисквания.

2) Класификация по начина на използване или околната среда на инсталиране

Те се класифицират като вътрешни предварително изработени станции и външни предварително изработени станции в зависимост от начина на използване или околната среда на инсталиране. Обикновено се имат предвид предварително изработени станции, които са външни. Освен това, в някои фабрики, сгради или до вътрешно електрическо оборудване с относително малка електрическа нагрузка, придружаващите предварително изработени станции са вътрешни. Ихната среда на използване или степен на защита е по-добра от тази на външни предварително изработени станции, и самият продукт има леко по-ниски изисквания за опазване на околната среда и безопасност.

3) Класификация по метода на инсталиране на продукта

Те се класифицират като фиксирана предварително изработена станция и мобилна предварително изработена станция в зависимост от метода на инсталиране на продукта. Обикновено предварително изработените станции се фиксират на основата и техното местоположение остава неизменено при употреба.

В някои ситуации на приложение, като мини, петролни полета, строителни площадки и случаи на временна поддръжка на електроенергия, с прогреса на строежа, местоположението на предварително изработената станция често трябва да се променя. Има два типа мобилни предварително изработени станции: колесни предварително изработени станции и платформени предварително изработени станции. Когато е необходимо местоположението на предварително изработената станция да се премести, тя може да бъде буксирана и превозена с прицеп или полу-прицеп.

4) Класификация по материалите, използвани за производство на вагонетката

Според различните материали, използвани за производство на вагонетката на предварително изработените станции, те могат да бъдат категоризирани като стоманена плоча, неметален тип, ръждясалостойка стоманена плоча, алуминиево-магнезиев сплавен тип, цветна стоманена композитна плоча, Jinbang плоча, магнезиево-алуминиево-цинково покрита плоча, контейнерен тип и др. Основната характеристика е, че материалите или конструктивните форми на вагонетките на предварително изработените станции се различават, което може да удовлетвори различните нужди на потребителите или изискванията за употреба.

5) Класификация по външния вид на вагонетката или степента на съответствие с околната среда

Според специалните изисквания на предварително изработените станции за околната среда, те могат да бъдат разделени на обикновен тип, декоративен тип (например, повърхността на вагонетката има стил, който имитира древнокитайска архитектура, европейска архитектура, художествен дизайн или прикрепени декоративни картини), и др. Например, предварительна изработена станция, използвана в парк, има форма на павилион или сграда, която съответства на околната среда на парка, и повърхността й е декорирана с декоративни картини или различни цветови тона.

6) Класификация по различни методи на инсталиране

Според степента на комбинация между предварително изработената станция и основата, тя може да бъде разделена на външна предварително изработена станция, полу-подземна предварително изработена станция и пълно-подземна предварително изработена станция.Външната предварително изработена станция инсталира цялата предварително изработена станция върху основата. В полу-подземната предварително изработена станция, високоволтната комутационна зала и нисковолтната комутационна зала сред трите основни функционални помещения се намират над основата, докато трансформаторната зала се намира под основата и потъва в нея.

Общият обем на продукта е относително малък. Пълно-подземната предварително изработена станция означава, че целият продукт потъва в основата, с единствено инспекционни люкови отвори или вентилационни отвори, които са изложени над основата. Този тип продукт е особено подходящ за центъра на града или гъсто населени централни области, намалявайки визуалния ефект на продукта върху околната среда и подобрявайки безопасността и надеждността на операцията на продукта.

7) Класификация по различни методи на разположение на функционалните помещения

Според различните разположения или комбинации на трите основни функционални помещения (високоволтна зала, нисковолтна зала и трансформаторна зала) на предварително изработените станции, те могат да бъдат разделени на "око"-образна предварително изработена станция, "игла"-образна предварително изработена станция, "H"-образна предварително изработена станция, "халтер"-образна предварително изработена станция, "поле"-образна предварително изработена станция и др.

В "око"-образната предварително изработена станция, трансформаторната зала е разположена в центъра, а високоволтната зала и нисковолтната зала са разположени от двете страни. Нейната общата композиция е подобна на "китайски символи" в китайските символи. В "игла"-образната предварително изработена станция, трите функционални помещения са разположени заедно, подобно на формата на китайския символ "".

В "H"-образната предварително изработена станция, високоволтната зала и нисковолтната зала са направени в отделни вагонетки, а живите части на течностна трансформатора са напълно затворени и разположени между двете вагонетки. Освен това, от двете страни на трансформатора се използва мрежово защитно покритие за проста защита и изолация, което подобрява условията за охлаждане при работата на трансформатора. В "халтер"-образната предварително изработена станция, всъщност има една серия високоволтови комутационни шкафчета, две серии трансформатори и нисковолтови комутационни шкафчета.

Високоволтната зала е разположена в центъра на вагонетката, а трансформаторната зала и нисковолтната зала са разположени от двете страни на трансформаторната зала. Общата композиция на всяко функционално помещение има форма на "халтер". В "поле"-образната предварително изработена станция, нисковолтната зала е разделена на две независими секции (нисковолтна комутационна зала и зала за автоматизация). Заедно с високоволтната зала и трансформаторната зала, общата композиция приема формата на китайския символ “Word”.

8) Класификация по обичайни наименования

Според основните характеристики и обичайните наименования на продукта, предварително изработените станции се делят на европейски, американски и китайски станции.

Ключовите единици (високоволтови комутационни устройства, нисковолтови комутационни устройства, трансформатори) на предварително изработените станции са стандартизираны продукти, които са финализирани след типови тестове. Начално те са били въведени главно от европейски страни като Германия, обикновено наричани "европейски станции". Ихните основни характеристики включват взаимна връзка и комбинация на ключовите компоненти, гъвкави и променливи дизайнерски решения, и относително удобно увеличаване на мощността на трансформатора. В момента те са широко използвани както в разпределителната мрежа, така и в системите за генериране на електроенергия.

Според стандарта JB/T 10217, американската станция е предварително изработена станция, в която високоволтовият комутационен ключ е инсталиран в резервоара на трансформаторната масло, а трансформаторното масло се използва като изолиращ и угасващ средство, докато нисковолтовият комутационен ключ е инсталиран в нисковолтовата кутия. Например, 10 kV икономична предварително изработена станция, представена от американската компания Cooper, е обикновено наричана "американска станция".

Основната характеристика на американската станция е, че високоволтовият нагузителен ключ, ядрото на трансформатора, бобината и др. са потопени в един и същ резервоар, а трансформаторното масло се използва заедно като изолиращ, угасващ и охлаждащ медиум. Използва се двойна предпазна крушка, а крушките имат чувствителни характеристики към тока и температурата, което значително подобрява чувствителността и надеждността на защитата на трансформатора. Основните предимства на американските станции са малки размери, компактна структура, простота и икономичност.

Однако недостатъците им също са очевидни, като бързото намаляване на изолационните свойства на трансформаторното масло, проста схема и ниска гъвкавост. Дъгата, образувана при разключване и включване на високоволтовия комутационен ключ, причинява влошаване на качеството на трансформаторното масло. В момента 10 kV американските станции рядко се използват в разпределителната мрежа и са класифицирани като продукти, които се извеждат или ограничават.

След модернизация и подобряване, 10 kV американските станции са увеличили нивото на напрежението до 35 kV и са приложени в системи за генериране на нова енергия. Благодарение на компактната си структура, малкото занимаемо пространство и ниската цена на производство, те все повече се популяризират и използват.

През последните години предварително изработените станции, използвани в системи за нова енергия като вятърна и фотоелектрическа енергия, в основата си служат за пренос на електроенергия от страна на генериране с по-ниско ниво на напрежението към 35 kV високоволтна станция. Мощността на трансформатора става все по-голяма. Ако е проектирана във формата на "европейска станция", трансформаторът е инсталиран в трансформаторната зала в затворен вид, и е трудно да се разпространи генерираната топлина вън.

Изисква се допълнително оборудване като вентилатори или теплообменници, за да се справят с този проблем. Следователно, възникнала е предварително изработена станция с относително компактна структура и течностна трансформатора, инсталирана извън вагонетката. Нейните основни характеристики са: трансформаторът е инсталиран на открито, което решава проблемите с безопасността и охлаждането на трансформатора, и цената на производство е значително намалена. Тя изглежда някак подобна на "американска станция" по външен вид, но в същност все още принадлежи към "европейска станция". Когато се появи за първи път в индустрията, тя беше наречена "компактна предварително изработена станция". Откакто беше успешно разработена за първи път в Китай и беше приложена в реални инженерни проекти, тя е обикновено наричана "китайска станция" в индустрията. Но нейните характеристиките на продукта съответстват повече на изискванията на стандарта GB/T 40823.