Ανάλυση της Ταξινόμησης και των Τάσεων Ανάπτυξης των Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Προετοιμασμένων Υποσταθμών

1. Εισαγωγή

Οι προετοιμασμένες υποσταθμοί υψηλής/χαμηλής τάσης, γνωστές και ως "προετοιμασμένες υποσταθμοί" ή "κουτί-υποσταθμοί", στην Κίνα έχουν αναφερθεί με διάφορους όρους όπως "συνδυασμένες υποσταθμοί", "συνδυασμένοι μετατροπείς", "εργοστασιακά συμπαγείς προετοιμασμένες υποσταθμοί", "κουτί-υψηλής τάσης ενεργειακά λήψιμα μονάδες" και "προετοιμασμένες συμπαγείς υποσταθμοί". Τον Νοέμβριο του 1995, η Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC) τις ονόμασε επίσημα "προετοιμασμένες υποσταθμοί υψηλής/χαμηλής τάσης" στο πρότυπο IEC 1330. Το τρέχον πρότυπο GB/T 17467—2020 Προετοιμασμένες υποσταθμοί υψηλής/χαμηλής τάσης επίσης χρησιμοποιεί τον όρο "προετοιμασμένες υποσταθμοί υψηλής/χαμηλής τάσης", ο οποίος θα αναφέρεται ως "προετοιμασμένες υποσταθμοί" στη συνέχεια.

Οι βασικές χαρακτηριστικές των προετοιμασμένων υποσταθμών είναι οι εξής:

• Η σχεδίαση και η κατασκευή του προϊόντος ολοκληρώνονται εντός του εργοστασίου.

• Επαληθεύονται μέσω των δοκιμών τύπου όπως προβλέπεται στο πρότυπο GB/T 17467.

• Επαληθεύονται μέσω των εργοστασιακών δοκιμών.

Η βασική σύνθεσή τους αποτελείται από τρεις λειτουργικές μονάδες, δηλαδή το δωμάτιο του μετατροπέα, το δωμάτιο των υψηλής τάσης κλειδών και το δωμάτιο των χαμηλής τάσης κλειδών. Οι κύριες συστατικές που συναρμολογούνται εντός (στο πρότυπο, οι μετατροπείς, τα υψηλής τάσης κλειδών και τα χαμηλής τάσης κλειδών ορίζονται ως κύριες συστατικές) έχουν επιβεβαιωθεί ως ικανοποιητικές μέσω δοκιμών τύπου και εργοστασιακών δοκιμών. Αυτές οι συστατικές συνδέονται μεταξύ τους όπως απαιτείται και συναρμολογούνται μέσα σε κοινό κάδο ή κουτί για να σχηματίσουν το προϊόν προετοιμασμένης υποσταθμού. Η τυπική λύση επιβεβαιώνεται μέσω δοκιμών τύπου σύμφωνα με τις απαιτήσεις του GB/T 17467 και μετά από επιτυχή εργοστασιακές δοκιμές παραδίδεται στους χρήστες για εγκατάσταση και χρήση. Αυτό αντιπροσωπεύει τη βασική δομική μορφή μιας τυπικής προετοιμασμένης υποσταθμού.

Στις πρακτικές εφαρμογές, αυτόματα συστήματα, μονάδες επικοινωνίας, συστήματα βιντεοεπίβλεψης, συστήματα εφοδιασμού ελέγχου, συστήματα πυρόσβεσης κλπ. ενσωματώνονται σε προετοιμασμένες υποσταθμούς, γίνοντας σημαντικές συστατικές ή συμπληρωματικές για να εξυπηρετήσουν τις λειτουργικές απαιτήσεις των προετοιμασμένων υποσταθμών υπό διάφορες εργασιακές συνθήκες.

Τα βασικά πλεονεκτήματα των προετοιμασμένων υποσταθμών περιλαμβάνουν υψηλή ολοκλήρωση, μικρή έκταση, μικρή χρονική διάρκεια κατασκευής, ευέλικτη επιλογή τοποθεσίας, ισχυρή προσαρμοστικότητα στο περιβάλλον, εύκολη εγκατάσταση και χρήση, ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία, χαμηλή επένδυση και γρήγορα αποτελέσματα.

Τα τελευταία χρόνια, οι προετοιμασμένες υποσταθμοί έχουν μάρτυρε συντομότατη ανάπτυξη και ευρεία εφαρμογή στους τομείς της νέας ενεργειακής παραγωγής και αποθήκευσης, όπως η αιολική και φωτοβολταϊκή παραγωγή, επιτρέποντας τη μεταφορά ή ανταλλαγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Εφαρμογές προετοιμασμένων υποσταθμών: Στο διανομικό δίκτυο, οι προετοιμασμένες υποσταθμοί επιτυγχάνουν τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μείωσης της τάσης για να επιτευχθούν οι απαιτήσεις των τελικών χρηστών. Στο σύστημα παραγωγής, επιτυγχάνουν τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από την πλευρά της παραγωγής στο δίκτυο μέσω αύξησης της τάσης και σύνδεσης στο δίκτυο.

Η επιτρεπόμενη ισχύς και το επίπεδο τάσης του μετατροπέα που εφοδιάζεται σε προετοιμασμένες υποσταθμούς είναι σημαντικοί δείκτες για τη μέτρηση της κλίμακας και της διάταξης της υποσταθμού. Γενικά, για προετοιμασμένες υποσταθμούς με επιτρεπόμενη ισχύ του μετατροπέα περίπου 10.000 kV·A και επίπεδο τάσης 40,5 kV και κάτω, ο μετατροπέας και τα κλειδών ή άλλες εξοπλισμοί συναρμολογούνται σε ένα σύνολο, ή μεταφέρονται στο χώρο εγκατάστασης σε ξεχωριστά μόντουλα και στη συνέχεια συναρμολογούνται σε ένα σύνολο.

Όταν η ισχύς του μετατροπέα ξεπερνά 31.500 kV·A, οι συνοδευτικοί κλειδών και άλλος εξοπλισμός εγκαταστάνται μέσα στο κουτί της προετοιμασμένης υποσταθμού, ενώ οι κύριοι μετατροπείς εγκαταστάνται εξωτερικά. Υπάρχουν δύο ή περισσότεροι κύριοι μετατροπείς, οι οποίοι τελικά συνδέονται για να σχηματίσουν έναν ολόκληρο μετατροπέα, επιτρέποντας έτσι τη μεταφορά ή ανταλλαγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό το άρθρο ταξινομεί τις προετοιμασμένες υποσταθμούς από πλευράς της κατεύθυνσης ανάπτυξης της βιομηχανίας ή των βασικών χαρακτηριστικών του προϊόντος και αναλύει τις τάσεις ανάπτυξής τους στον τομέα των υποσταθμών.

2. Συνηθισμένες Μεθόδοι Ταξινόμησης Προετοιμασμένων Υποσταθμών

Στις πρακτικές εφαρμογές, οι προετοιμασμένες υποσταθμοί διαφέρουν σημαντικά ως προς την επιτρεπόμενη ισχύ και τα δομικά χαρακτηριστικά του μετατροπέα, το επίπεδο τάσης, τις κύριες συστατικές, το υλικό και τη δομική μορφή του κουτιού, τις εφαρμογές και τους βασικούς στόχους. Επιπλέον, λόγω διαφορών στους τομείς εφαρμογής, τα βιομηχανικά πρότυπα και τις μεθόδους επαλήθευσης των προϊόντων επίσης διαφέρουν. Στο εξής, οι προετοιμασμένες υποσταθμοί ταξινομούνται από διαφορετικές διαστάσεις ή βάσει των βασικών χαρακτηριστικών τους.

1) Ταξινόμηση Σύμφωνα με το Επίπεδο Τάσης στην Υψηλή Τάση

Οι προετοιμασμένες υποσταθμοί ταξινομούνται σύμφωνα με το επίπεδο τάσης στην υψηλή τάση σε: υψηλής τάσης προετοιμασμένες υποσταθμούς, μεσαίας τάσης προετοιμασμένες υποσταθμούς και χαμηλής τάσης προετοιμασμένες υποσταθμούς. Το επίπεδο τάσης στην υψηλή τάση των υψηλής τάσης προετοιμασμένων υποσταθμών είναι 110 kV και άνω, ενώ για τις μεσαίας τάσης προετοιμασμένες υποσταθμούς είναι από 3,6 έως 40,5 kV, και για τις χαμηλής τάσης προετοιμασμένες υποσταθμούς είναι 1,14 kV και κάτω.

Οι υψηλής τάσης προετοιμασμένες υποσταθμοί εγκαταστάνται συνήθως κοντά στο κέντρο της ηλεκτρικής φορτίας. Συνήθως χρησιμοποιούν μια μέθοδο κατασκευής υποσταθμού που συνδυάζει την εργοστασιακή κατασκευή με την εγκατάσταση στο χώρο. Χαρακτηρίζονται από υψηλό επίπεδο τάσης στην υψηλή τάση του μετατροπέα, μεγάλη μοναδική ισχύ και σχετικά μεγάλο αριθμό πρωτογενών και δευτερογενών συνοδευτικών εξοπλισμών.

Οι μεσαίας τάσης προετοιμασμένες υποσταθμοί χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα παραγωγής, στα τελικά του διανομικού δικτύου ή σε περιπτώσεις προσωρινής ενεργοποίησης. Η σχεδίαση της λύσης είναι σχετικά απλή, η ισχύς του μετατροπέα είναι σχετικά μικρή, και ο διαδικαστικός κύκλος κατασκευής είναι σχετικά απλός. Οι χαμηλής τάσης προετοιμασμένες υποσταθμοί συνήθως εγκαταστάνε δευτερογενείς ελεγκτικούς εξοπλισμούς, συνοδευτικούς εξοπλισμούς ή χαμηλής τάσης κλειδών μέσα για να εκπληρώσουν συγκεκριμένες λειτουργικές απαιτήσεις.

2) Ταξινόμηση Σύμφωνα με το Περιβάλλον Χρήσης ή Εγκατάστασης

Ταξινομούνται σε εσωτερικές προετοιμασμένες υποσταθμούς και εξωτερικές προετοιμασμένες υποσταθμούς σύμφωνα με το περιβάλλον χρήσης ή εγκατάστασης. Οι συνήθως αναφερόμενες προετοιμασμένες υποσταθμοί αναφέρονται συνήθως στο εξωτερικό τύπο. Επιπλέον, σε κάποια εργοστάσια, κτίρια ή δίπλα σε εσωτερικό ηλεκτρικό εξοπλισμό με σχετικά μικρή ηλεκτρική φορτία, οι συνοδευτικές προετοιμασμένες υποσταθμούς είναι εσωτερικές προετοιμασμένες υποσταθμούς. Το περιβάλλον χρήσης ή το επίπεδο προστασίας τους είναι σχετικά καλύτερο από τις εξωτερικές προετοιμασμένες υποσταθμούς, και το προϊόν έχει ελαφρώς χαμηλότερες απαιτήσεις για περιβαλλοντική προστασία και ασφάλεια.

3) Ταξινόμηση Σύμφωνα με τη Μέθοδο Εγκατάστασης του Προϊόντος

Ταξινομούνται σε σταθερές προετοιμασμένες υποσταθμούς και κινητές προετοιμασμένες υποσταθμούς σύμφωνα με τη μέθοδο εγκατάστασης του προϊόντος. Γενικά, οι προετοιμασμένες υποσταθμοί εγκαταστάνται σταθερά στη βάση, και η θέση εγκατάστασής τους παραμένει αμετάβλητη κατά τη χρήση.

Σε κάποιες εφαρμογές, όπως σε εξορυκτικές εγκαταστάσεις, πετρελαιοπηγής, εργοτόπους κατασκευών και περιπτώσεις προσωρινής συντήρησης, όπως προχωράει η κατασκευή, η θέση της προετοιμασμένης υποσταθμού συχνά πρέπει να αλλάζει. Υπάρχουν δύο τύποι κινητών προετοιμασμένων υποσταθμών: ροδακιούχες προετοιμασμένες υποσταθμούς και προετοιμασμένες υποσταθμούς σε σκάφος. Όταν η θέση εφοδιασμού της προετοιμασμένης υποσταθμού πρέπει να μετακινηθεί, μπορεί να μεταφερθεί με τη χρήση ενός ροδοστρόβιλου ή μισοροδοστρόβιλου.

4) Ταξινόμηση Σύμφωνα με το Υλικό Χρησιμοποιούμενο για την Κατασκευή του Κουτιού

Σύμφωνα με τα διαφορετικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του κουτιού των προετοιμασμένων υποσταθμών, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε πλατύνια, μη μεταλλικά, ανοξείδωτα πλατύνια, αλουμινί, χρωμιοπλαστικά, Jinbang πλατύνια, μαγνησιο-αλουμινιο-ζινωμένα πλατύνια, κοντέινερες κλπ. Το κύρ