Analýza klasifikace a vývojových trendů vysokého/nízkého napětí předvázaných podstanic
1. Úvod
Vysokonapěťové/níkonapěťové předvýrobené části elektráren, běžně známé jako "předvýrobené části elektráren", jsou zkráceně označovány jako "předvýrobené části" nebo "boxové části elektráren". V Číně byly v minulosti nazývány různými názvy, jako například "kombinované části elektráren", "kombinované transformátory", "továrně montované kompaktní části elektráren", "boxové vysokonapěťové jednotky pro příjem energie" a "předvýrobené kompaktní části elektráren". V listopadu 1995 Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) je oficiálně pojmenovala "vysokonapěťové/níkonapěťové předvýrobené části elektráren" ve standardu IEC 1330. Současný standard GB/T 17467—2020 Vysokonapěťové/Níkonapěťové Předvýrobené Části Elektráren také používá termín "vysokonapěťové/níkonapěťové předvýrobené části elektráren", který bude v následujícím textu zkráceně označován jako "předvýrobené části elektráren".
Hlavní charakteristiky předvýrobených částí elektráren jsou následující:
Návrh a výroba produktu jsou dokončeny v továrně.
Ověřeno typovými zkouškami podle standardu GB/T 17467.
Ověřeno továrními zkouškami.
Jejich základní složení se skládá ze tří funkčních jednotek, a to místnosti s transformátorem, vysokonapěťové místnosti s přepínačem a níkonapěťové místnosti s přepínačem. Klíčové komponenty montované uvnitř (ve standardu jsou transformátory, vysokonapěťové přepínače, níkonapěťové přepínače apod. definovány jako klíčové komponenty) byly ověřeny jako kvalifikované jak typovými, tak továrními zkouškami. Tyto komponenty jsou vzájemně spojeny podle potřeby a montovány do společného obalu nebo boxu, aby tvořily produkt předvýrobené části elektráren. Typický plán je ověřen typovými zkouškami podle požadavků GB/T 17467 a pak je doručen uživatelům k instalaci a použití po úspěšném absolvování továrních zkoušek. To představuje základní strukturní formu typické předvýrobené části elektrárny.
V praktických aplikacích jsou do předvýrobených částí elektráren integrovány automatizační zařízení, komunikační jednotky, systémy video sledování, systémy zdroje řídící energie, hasicí systémy atd., stávají se důležitými komponenty nebo doplňky, aby splňovaly funkční požadavky předvýrobených částí elektráren v různých pracovních podmínkách.
Hlavní výhody předvýrobených částí elektráren zahrnují vysokou integraci, malou plochu zabranou, krátkou dobu výstavby, flexibilní výběr místa, silnou adaptabilitu na prostředí, snadnou instalaci a použití, bezpečnou a spolehlivou operaci, nízké investice a rychlé výsledky.
V posledních letech svědkem rychlého rozvoje a širokého uplatnění předvýrobených částí elektráren v oblastech nové energetiky, jako je výroba energie z větru a fotovoltaické výroby, umožňují přenos nebo výměnu elektrické energie.
Aplikační scénáře předvýrobených částí elektráren: V distribuční síti předvýrobené části elektráren dosahují distribuce elektrické energie skrze snížení napětí, aby splňovaly požadavky koncových uživatelů; v systému výroby energie realizují přenos elektrické energie od strany výroby do sítě skrze zvýšení napětí a připojení k síti.
Nominální kapacita a napěťová hladina transformátoru vybaveného v předvýrobených částech elektráren jsou důležitými ukazateli pro měření rozsahu a konfigurace elektrárny. Obecně, pro předvýrobené části elektráren s nominální kapacitou transformátoru okolo 10 000 kV·A a napěťovou hladinou 40,5 kV a nižší, transformátor a přepínače nebo jiné zařízení jsou montovány do celku, nebo jsou přepravovány na místo v samostatných modulech a pak montovány do celku.
Když kapacita transformátoru přesahuje 31 500 kV·A, podporující přepínače a jiné pomocné zařízení jsou nainstalovány v boxu předvýrobené části elektrárny, zatímco hlavní transformátory jsou nainstalovány venku. Existuje dva nebo více hlavních transformátorů, které jsou nakonec spojeny do kompletní elektrárny, což umožňuje přenos nebo výměnu elektrické energie.Tento článek klasifikuje předvýrobené části elektráren z hlediska směru vývoje průmyslu nebo hlavních charakteristik produktu a analyzuje jejich vývojové trendy v oblasti elektráren.
2. Běžné metody klasifikace předvýrobených částí elektráren
V praktických aplikacích se předvýrobené části elektráren výrazně liší v ohledu na nominální kapacitu a strukturní charakteristiky transformátoru, nominální napěťovou hladinu, klíčové komponenty, materiál a strukturní formu boxu, aplikační scénáře a hlavní účely. Kromě toho, vzhledem k rozdílům v oblastech použití, se liší i průmyslové standardy a metody ověřování produktu. Následuje klasifikace předvýrobených částí elektráren z různých dimenzí nebo na základě jejich hlavních charakteristik.
1) Klasifikace podle nominální napěťové hladiny na vysokonapěťové straně
Předvýrobené části elektráren jsou klasifikovány podle nominální napěťové hladiny na vysokonapěťové straně do: vysokonapěťových předvýrobených částí elektráren, středonapěťových předvýrobených částí elektráren a níkonapěťových předvýrobených částí elektráren. Nominální napětí na vysokonapěťové straně vysokonapěťových předvýrobených částí elektráren je 110 kV a více, u středonapěťových předvýrobených částí elektráren se pohybuje mezi 3,6 a 40,5 kV, a u níkonapěťových předvýrobených částí elektráren je 1,14 kV a nižší.
Vysokonapěťové předvýrobené části elektráren jsou obvykle instalovány blízko centra elektrického zatížení. Často používají způsob výstavby elektrárny, který kombinuje modulární výrobu s výstavbou na místě. Jsou charakterizovány vysokou napěťovou hladinou na vysokonapěťové straně transformátoru, velkou jednotkovou kapacitou a relativně velkým počtem primárního a sekundárního podpůrného zařízení.
Středonapěťové předvýrobené části elektráren jsou obvykle používány v systémech výroby energie, na terminálech distribuční sítě nebo v scénářích s dočasné dodávkou energie. Jejich schéma konfigurace je relativně jednoduché, kapacita transformátoru je relativně malá a výrobní proces je relativně jednoduchý.Níkonapěťové předvýrobené části elektráren obvykle mají uvnitř nainstalováno sekundární ovládací zařízení, pomocné zařízení nebo níkonapěťové přepínače, aby splňovaly specifické funkční požadavky.
2) Klasifikace podle použití nebo instalace v prostředí
Jsou klasifikovány do vnitřních předvýrobených částí elektráren a venkovních předvýrobených částí elektráren podle použití nebo instalace v prostředí. Obvykle zmíněné předvýrobené části elektráren obecně odkazují na venkovní typ. Kromě toho, v některých továrnách, budovách nebo vedle vnitřního elektrického zařízení s relativně malým zatížením, jsou podpůrné předvýrobené části elektráren vnitřní předvýrobené části elektráren. Jejich použití v prostředí nebo stupeň ochrany je relativně lepší než u venkovních předvýrobených částí elektráren a produkt samotný má mírně nižší požadavky na ochranu životního prostředí a bezpečnost.
3) Klasifikace podle způsobu instalace produktu
Jsou klasifikovány do pevných předvýrobených částí elektráren a mobilních předvýrobených částí elektráren podle způsobu instalace produktu. Obvykle jsou předvýrobené části elektráren pevně nainstalovány na základu a jejich instalace zůstává neměnná během použití.
V některých aplikačních scénářích, jako jsou dooly, ropné pole, staveniště a scénáře s dočasnou údržbou dodávky energie, se s postupem stavby často musí měnit místo předvýrobené části elektrárny. Existují dva typy mobilních předvýrobených částí elektráren: kolové předvýrobené části elektráren a skid-mounted předvýrobené části elektráren. Když je třeba změnit místo dodávky energie předvýrobené části elektrárny, lze ji tažet a převážet pomocí tažného vozidla nebo polopráhu.
4) Klasifikace podle materiálu použitého pro výrobu boxu
Podle různých materiálů použitých k výrobě boxu předvýrobených částí elektráren lze tyto části rozdělit na ocelové, netextilní, nerostející ocelové, hliníkové slitiny, barevné ocelové kompozitní desky, Jinbang desky, hořčík-aluminiové-zinkové pokryté desky, kontejnerové typy atd. Hlavní charakteristikou je, že materiály nebo strukturní formy boxů předvýrobených částí elektráren se liší, což může splňovat různé potřeby uživatelů nebo požadavky na použití.
5) Klasifikace podle vzhledu boxu nebo stupně shody s prostředím
Podle speciálních požadavků předvýrobených částí elektráren na okolní použití prostředí lze je dále rozdělit na obyčejné typy, krajinářské typy (například, povrch boxu má styl napodobující staročínskou architekturu, evropskou architekturu, umělecké modelování nebo připevněné krajinářské obrazy) atd. Například, předvýrobená část elektrárny použitá v parku má tvar pavilónu nebo budovy, který odpovídá prostředí parku, a její povrch je zdoben krajinářskými obrazy nebo různými barvovými tóny.
6) Klasifikace podle různých způsobů instalace
Podle stupně kombinace mezi předvýrobenou částí elektrárny a základem lze je rozdělit na nadzemní předvýrobené části elektráren, polozapuštěné předvýrobené části elektráren a plně zapuštěné předvýrobené části elektráren.Nadzemní předvýrobená část elektrárny má celý předvýrobený produkt nainstalovaný na vrcholu základu. U polozapuštěné předvýrobené části elektrárny jsou dvě základní funkční místnosti, vysokonapěťová místnost s přepínačem a níkonapěťová místnost s přepínačem, umístěny nad základem, zatímco místnost s transformátorem je umístěna pod základem a zapuštěna do něj.
Celkový objem produktu je relativně malý. Plně zapuštěná předvýrobená část elektrárny znamená, že celý produkt je zapuštěn do základu, s pouze inspekčními otvory nebo ventilací expozovány nad základem. Tento typ produktu je obzvláště vhodný pro centrum města nebo hustě osídlené jádrové oblasti, snižuje vizuální dopad produktu na prostředí použití a zvyšuje bezpečnost a spolehlivost provozu produktu.
7) Klasifikace podle různých způsobů uspořádání funkčních místností
Podle různého uspořádání nebo kombinace tří základních funkčních místností (vysokonapěťová místnost, níkonapěťová místnost a místnost s transformátorem) předvýrobených částí elektráren lze je dále rozdělit na "oko" - tvarové předvýrobené části elektráren, "charakter-pin" - tvarové předvýrobené části elektráren, "H" - tvarové předvýrobené části elektráren, "haltere" - tvarové předvýrobené části elektráren, "pole" - tvarové předvýrobené části elektráren atd.
V "oko" - tvarové předvýrobené části elektrárny je místnost s transformátorem uspořádána uprostřed, zatímco vysokonapěťová místnost a níkonapěťová místnost jsou uspořádány na obou stranách. Celkové uspořádání je podobné "čínským znakům" v čínském písma. V předvýrobené části elektrárny ve tvaru "jehly" jsou tři funkční místnosti uspořádány společně, podobně jako tvar čínského znaku "".
V "H" - tvarové předvýrobené části elektrárny jsou vysokonapěťová místnost a níkonapěťová místnost vyrobeny do samostatných boxů, a živé části tekutinou chlazeného transformátoru jsou úplně uzavřeny a umístěny mezi oběma boxy. Kromě toho je na obou stranách transformátoru použito síťové zabezpečení pro jednoduchou ochranu a izolaci, což zlepšuje tepelné podmínky během provozu transformátoru. V předvýrobené části elektrárny ve tvaru "haltere" je vlastně jedna sada vysokonapěťových přepínačových skříní, dvě sady transformátorů a níkonapěťových přepínačových skříní.
Vysokonapěťová místnost je umístěna uprostřed boxu, zatímco místnost s transformátorem a níkonapěťová místnost jsou na obou stranách místnosti s transformátorem. Celkové uspořádání každé funkční místnosti má tvar "haltere". V "pole" - tvarové předvýrobené části elektrárny je níkonapěťová místnost rozdělena na dva samostatné oddíly (níkonapěťová přepínačová místnost a automatizační místnost). Společně s vysokonapěťovou místností a místností s transformátorem celkové uspořádání nabývá tvaru čínského znaku “Slovo”.
8) Klasifikace podle obvyklého označení
Podle hlavních charakteristik a obvyklého označení produktu jsou předvýrobené části elektráren rozděleny na evropské elektrárny, americké elektrárny a čínské elektrárny.
Klíčové jednotky (vysokonapěťové přepínače, níkonapěťové přepínače, transformátory) předvýrobených částí elektráren jsou všechny standardní produkty, které byly finalizovány po typových zkouškách. Počátečně byly především zavedeny z evropských zemí, jako je Německo, běžně známé jako "evropské elektrárny". Jejich hlavní charakteristiky zahrnují propojení a kombinaci klíčových komponent, flexibilní a proměnlivé návrhy a relativně snadné rozšíření kapacity transformátoru. V současné době jsou široce používány jak v distribuční síti, tak v systémech výroby energie.
Podle standardu JB/T 10217 je americká elektrárna předvýrobená elektrárna, ve které je vysokonapěťový přepínač nainstalován v olejovém nádrži transformátoru a olej transformátoru slouží jako izolační a vypínací médium, zatímco níkonapěťový přepínač je nainstalován v níkonapěťové skříni. Například 10 kV ekonomická předvýrobená elektrárna reprezentovaná americkou společností Cooper je běžně známá jako "americká elektrárna".
Hlavní charakteristikou americké elektrárny je, že vysokonapěťový zátěžový přepínač, jádro transformátoru, cívka atd. jsou ponořeny do stejné olejové nádrže a olej transformátoru se společně používá jako izolační, vypínací a chladicí médium. Používá dvojitou ochranu fuze, a fúzy mají dvojitou citlivost na proud a teplotu, což značně zlepšuje citlivost a spolehlivost ochrany transformátoru. Hlavní výhody amerických elektráren jsou malé rozměry, kompaktní struktura, jednoduchost a ekonomičnost.
Nicméně jejich nevýhody jsou také zřetelné, jako rychlý úbytek izolačních vlastností oleje transformátoru, jednoduchý návrh a nízká flexibilita. Duga generovaná při rozvodu a zavření vysokonapěťového přepínače způsobí zhoršení kvality oleje transformátoru. V současné době se 10 kV americké elektrárny v distribuční síti téměř nepoužívají a byly zařazeny mezi produkty, které jsou vyřazovány nebo omezovány.
Po úpravě a modernizaci byla u 10 kV amerických elektráren zvýšena napěťová hladina na 35 kV a jsou používány v systémech nové energie. Díky své kompaktní struktuře, malé ploše a nízké výrobní nákladu jsou stále více propagovány a používány.
V posledních letech předvýrobené části elektráren používané v systémech nové energie, jako je větrná a fotovoltaická výroba energie, hlavně slouží k přenosu energie od strany výroby s nižší napěťovou hladinou do 35 kV vysokonapěťové elektrárny. Kapacita transformátoru se stává stále větší. Pokud by byl návrh proveden ve formě "evropských elektráren", transformátor by byl nainstalován v místnosti s transformátorem uzavřeným způsobem a bylo by obtížné odvádět vygenerované teplo ven.
Pro řešení tohoto problému je třeba dodatečného zařízení, jako jsou větráky nebo výměníky tepla. Proto vznikla předvýrobená část elektrárny s relativně kompaktní strukturou a tekutinou chlazeným transformátorem nainstalovaným mimo box. Její hlavní charakteristiky jsou: transformátor je nainstalován venku, což řeší problémy bezpečnosti a chlazení transformátoru, a výrobní náklady jsou značně sníženy. Vzhledem je něco podobný "americké elektrárně", ale v podstatě stále patří do "evropské elektrárny". Když se poprvé objevila v průmyslu, byla pojmenována jako "kompaktní předvýrobená elektrárna". Protože byla poprvé úspěšně vyvinuta v Číně a použita v reálných inženýrských projektech, je v průmyslu běžně známá jako "čínská elektrárna". Nicmén
