Analisis ng Klasipikasyon at mga Tendensya sa Pag-unlad ng High-Voltage/Low-Voltage Prefabricated Substations

1. Pagpapakilala

Ang high-voltage/low-voltage prefabricated substations, na kilala rin bilang "prefabricated substations", ay maikling tinatawag na "prefab substations" o "box substations". Sa Tsina, ito ay dating tinawag sa iba't ibang pangalan tulad ng "combined substations", "combined transformers", "factory-assembled compact substations", "box-type high-voltage power receiving units", at "prefabricated compact substations". Noong Nobyembre 1995, ang International Electrotechnical Commission (IEC) ay opisyal na tinawag itong "high-voltage/low-voltage prefabricated substations" sa IEC 1330 standard. Ang kasalukuyang standard na GB/T 17467—2020 High-voltage/Low-voltage Prefabricated Substations ay gumagamit din ng termino na "high-voltage/low-voltage prefabricated substations", na sa sumusunod na teksto ay maikling tatawagin natin bilang "prefabricated substations".

Ang pangunahing katangian ng prefabricated substations ay mga sumusunod:

• Ang disenyo at paggawa ng produkto ay natatapos sa loob ng pabrika.

• Napatunayan sa pamamagitan ng type tests na ipinahiwatig sa standard na GB/T 17467.

• Napatunayan sa pamamagitan ng factory tests.

Ang kanyang pangunahing komposisyon ay binubuo ng tatlong functional units, na sina transformer room, high-voltage switch room, at low-voltage switch room. Ang mga pangunahing komponente na inasamblo sa loob (sa standard, ang mga transformers, high-voltage switchgear, low-voltage switchgear, etc. ay itinakda bilang pangunahing komponente) ay napatunayan na kwalipikado sa pamamagitan ng type tests at factory tests. Ang mga komponente na ito ay konektado sa bawat isa kung kinakailangan at inasamblo sa loob ng isang shared housing o box upang mabuo ang isang prefabricated substation product. Ang tipikal na skema ay napatunayan sa pamamagitan ng type tests ayon sa mga pangangailangan ng GB/T 17467, at pagkatapos ay inililipat sa mga gumagamit para sa pag-install at paggamit pagkatapos nito lumampas sa factory tests. Ito ang naglalarawan ng basic structural form ng isang tipikal na prefabricated substation.

Sa praktikal na aplikasyon, ang mga automation devices, communication units, video surveillance systems, control power supply systems, fire protection systems, etc. ay inililipat sa prefabricated substations, naging mahalagang komponente o suplemento upang mapunan ang mga pangangailangan ng function ng prefabricated substations sa iba't ibang working conditions.

Ang mga pangunahing benepisyo ng prefabricated substations kasama ang mataas na integration, maliit na floor space, maikling construction period, flexible site selection, malakas na environmental adaptability, convenient installation at paggamit, ligtas at maaswang operasyon, mababa ang investment, at mabilis na resulta.

Sa nakaraang mga taon, ang prefabricated substations ay nakakita ng mabilis na pag-unlad at malawak na aplikasyon sa new energy power generation at energy storage fields tulad ng wind power at photovoltaic power generation, na nagbibigay-daan sa transmission o exchange ng electrical energy.

Mga application scenarios ng prefabricated substations: Sa distribution network, ang prefabricated substations ay nagpapamahagi ng electrical energy sa pamamagitan ng voltage reduction upang mapunan ang mga pangangailangan ng end-users; sa power generation system, ito ay nagpapatotoo ng transmission ng electrical energy mula sa power generation side patungo sa grid sa pamamagitan ng voltage boosting at grid connection.

Ang rated capacity at voltage level ng transformer na ikinakabit sa prefabricated substations ay mahalagang indikador para sa pagsukat ng scale at configuration ng substation. Sa pangkalahatan, para sa prefabricated substations na may rated capacity ng transformer na halos 10,000 kV·A at voltage level ng 40.5 kV at ibaba, ang transformer at switchgear o iba pang equipment ay inasamblo sa isang buong bahagi, o inililipat sa site sa hiwalay na modules at pagkatapos ay inasamblo sa isang buong bahagi.

Kapag ang rated capacity ng transformer ay lumampas sa 31,500 kV·A, ang supporting switchgear at iba pang auxiliary equipment ay nakakabit sa loob ng box ng prefabricated substation, habang ang main transformers ay nakakabit sa labas. May dalawa o higit pa na main transformers, na sa huli ay konektado upang mabuo ang isang buong substation, na nagbibigay-daan sa transmission o exchange ng electrical energy.Ang artikulong ito ay naglalaman ng classification ng prefabricated substations mula sa aspeto ng direksyon ng industry development o pangunahing katangian ng produkto, at analisis ng kanilang mga tren sa pag-unlad sa field ng substation.

2.Pagtatakda ng Mga Karaniwang Paraan ng Classification ng Prefabricated Substations

Sa praktikal na aplikasyon, ang prefabricated substations ay nag-iiba-iba sa aspeto ng rated capacity at structural characteristics ng transformer, rated voltage level, key components, ang materyal at structural form ng box, application scenarios, at pangunahing layunin. Dahil sa iba't ibang application fields, ang industry standards at product verification methods ay nag-iiba din. Ang sumusunod ay naglalaman ng classification ng prefabricated substations mula sa iba't ibang dimensyon o batay sa kanilang pangunahing katangian.

1) Classification batay sa Rated Voltage Level sa High-voltage Side

Ang prefabricated substations ay inilalagay sa classification batay sa rated voltage level sa high-voltage side sa: high-voltage prefabricated substations, medium-voltage prefabricated substations, at low-voltage prefabricated substations. Ang rated voltage sa high-voltage side ng high-voltage prefabricated substations ay 110 kV at ibabaw, ang ng medium-voltage prefabricated substations ay nasa 3.6 hanggang 40.5 kV, at ang ng low-voltage prefabricated substations ay 1.14 kV at ibabaw.

Ang high-voltage prefabricated substations ay karaniwang nakakabit malapit sa center ng electrical load. Karaniwan silang gumagamit ng substation construction mode na naglalaman ng modular manufacturing at on-site construction. Ang kanilang mga katangian ay nasa mataas na voltage level sa high-voltage side ng transformer, malaking single-unit capacity, at relatyibong maraming primary at secondary supporting equipment.

Ang medium-voltage prefabricated substations ay karaniwang ginagamit sa power generation systems, sa terminals ng distribution network, o sa temporary power supply scenarios. Ang kanilang scheme configuration ay mas simple, ang transformer capacity ay mas maliit, at ang manufacturing process ay mas straightforward.Ang low-voltage prefabricated substations ay karaniwang nakakabit ng secondary control equipment, auxiliary equipment, o low-voltage switchgear sa loob upang mapunan ang tiyak na functional requirements.

2) Classification batay sa Usage o Installation Environment

Ang mga ito ay inilalagay sa classification sa indoor prefabricated substations at outdoor prefabricated substations ayon sa usage o installation environment. Ang karaniwang binabanggit na prefabricated substations ay tumutukoy sa outdoor type. Bukod dito, sa ilang factories, buildings, o sa tabi ng indoor electrical equipment na may maliit na power load, ang supporting prefabricated substations ay indoor prefabricated substations. Ang kanilang usage environment o protection level ay mas mabuti kaysa sa outdoor prefabricated substations, at ang produkto mismo ay may kaunti lang na requirement sa environmental protection at safety.

3) Classification batay sa Product Installation Method

Ang mga ito ay inilalagay sa classification sa fixed prefabricated substations at mobile prefabricated substations ayon sa product installation method. Sa pangkalahatan, ang prefabricated substations ay naka-install sa foundation, at ang kanilang installation position ay hindi nagbabago sa panahon ng paggamit.

Sa ilang application scenarios, tulad ng mines, oil fields, construction sites, at temporary maintenance power supply scenarios, bilang ang progreso ng construction, ang location ng prefabricated substation kadalasan ay kailangang baguhin. May dalawang uri ng mobile prefabricated substations: wheeled prefabricated substations at skid-mounted prefabricated substations. Kapag ang power supply position ng prefabricated substation ay kailangang ilipat, ito ay maaaring ma-tow at ma-transport gamit ang trailer o semi-trailer.

4) Classification batay sa Materyal na Ginagamit sa Paggawa ng Box

Batay sa iba't ibang materyal na ginagamit sa paggawa ng box ng prefabricated substations, ang mga ito ay maaaring ikategorya sa steel plate type, non-metallic type, stainless steel plate type, aluminum alloy type, color steel composite plate type, Jinbang plate type, magnesium-aluminum-zinc-coated plate type, container type, etc. Ang pangunahing katangian ay ang materyales o structural forms ng boxes ng prefabricated substations ay nag-iiba-iba, na maaaring mapunan ang iba't ibang pangangailangan ng mga user o usage requirements.

5) Classification batay sa Box Appearance o ang Degree ng Matching sa Environment

Batay sa espesyal na pangangailangan ng prefabricated substations para sa paligid na usage environment, ang mga ito maaari pang ma-subdivide sa ordinary type, landscape type (halimbawa, ang surface ng box ay may istilo na naka-imitate ng Chinese ancient architecture, European architecture, artistic modeling, o na-affix ng landscape paintings), etc. Halimbawa, ang prefabricated substation na ginagamit sa isang park ay may hugis na pavilion o building na sumasang-ayon sa environment ng park, at ang surface nito ay na-decorate ng landscape paintings o iba't ibang kulay ng tono.

6) Classification batay sa Iba't Ibang Paraan ng Installation

Batay sa degree ng combination ng prefabricated substation at ang foundation, ito maaaring ma-subdivide sa above-ground prefabricated substations, semi-buried prefabricated substations, at fully-buried prefabricated substations.Ang above-ground prefabricated substation ay naka-install ang buong prefabricated substation sa itaas ng foundation. Sa semi-buried prefabricated substation, ang high-voltage switch room at low-voltage switch room sa tatlong basic functional rooms ay naka-position sa itaas ng foundation, habang ang transformer room ay naka-position sa ilalim at naka-sink sa foundation.

Ang kabuuang volume ng produkto ay relatyibong maliit. Ang fully-buried prefabricated substation naman ay nangangahulugan na ang buong produkto ay naka-sink sa foundation, na may lamang inspection manhole openings o ventilation holes na naka-expose sa itaas ng foundation. Ang uri ng produkto na ito ay partikular na angkop para sa city center o densely populated core areas, na nagbabawas ng visual impact ng produkto sa usage environment at nagpapataas ng safety at reliability ng operation ng produkto.

7) Classification batay sa Iba't Ibang Paraan ng Arrangement ng Functional Rooms

Batay sa iba't ibang arrangements o combinations ng tatlong basic functional rooms (high-voltage room, low-voltage room, at transformer room) ng prefabricated substations, ang mga ito maaari pang ma-subdivide sa "eye"-shaped prefabricated substations, "character-pin"-shaped prefabricated substations, "H"-shaped prefabricated substations, "dumbbell"-shaped prefabricated substations, "field"-shaped prefabricated substations, etc.

Sa "eye" -shaped prefabricated substation, ang transformer room ay naka-arrange sa gitna, habang ang high-voltage room at low-voltage room ay naka-arrange sa parehong gilid. Ang kanyang overall layout ay katulad ng "Chinese characters" sa Chinese characters. Sa prefabricated substation na may hugis na "needle", ang tatlong functional rooms ay naka-arrange nang magkasama, katulad ng hugis ng Chinese character "".

Sa "H" type prefabricated substation, ang high-voltage room at low-voltage room ay ginawa sa hiwalay na boxes, at ang live parts ng liquid-immersed transformer ay lubos na naka-enclosed at naka-position sa gitna ng dalawang boxes. Bukod dito, ang mesh shielding ay ginagamit sa parehong gilid ng transformer para sa simple na protection at isolation, na nagpapataas ng heat dissipation conditions sa panahon ng operasyon ng transformer. Sa prefabricated substation na may hugis na "dumbbell", mayroon talaga itong isang set ng high-voltage switch cabinets, dalawang sets ng transformers at low-voltage switch cabinets.

Ang high-voltage room ay naka-position sa gitna ng box, habang ang transformer room at low-voltage room ay naka-position sa parehong gilid ng transformer room. Ang overall layout ng bawat functional room ay may hugis na "dumbbell". Sa "field" -shaped prefabricated substation, ang low-voltage room ay nahahati sa dalawang independent compartments (ang low-voltage switch room at ang automation room). Kasama ang high-voltage room at transformer room, ang overall layout ay naka-form ng hugis na Chinese character“Word”.

8) Classification batay sa Customary Appellation

Batay sa pangunahing katangian at customary appellations ng produkto, ang prefabricated substations ay nahahati sa European-style substations, American-style substations, at Chinese-style substations.

Ang mga key units (high-voltage switchgear, low-voltage switchgear, transformers) ng prefabricated substations ay lahat ng standard products na naka-finalize pagkatapos ng type tests. Unang-una, ito ay karaniwang ipinakilala mula sa European countries tulad ng Germany, na karaniwang tinatawag na "European-style substations". Ang mga pangunahing katangian nito ay kasama ang interconnection at combination ng key components, flexible at changeable design schemes, at relatyibong convenient na capacity expansion ng transformer. Sa kasalukuyan, ito ay malawakang ginagamit sa both the distribution network at power generation systems.

Ayon sa standard na JB/T 10217, ang American-style substation ay isang prefabricated substation kung saan ang high-voltage switch ay naka-install sa transformer oil tank at ang transformer oil ay ginagamit bilang insulation at arc-extinguishing medium, habang ang low-voltage switch ay naka-install sa low-voltage box. Halimbawa, ang 10 kV economical prefabricated substation na kinatawan ng American Cooper Company ay karaniwang tinatawag na "American-style substation".

Ang pangunahing katangian ng American-style substation ay ang high-voltage load switch, transformer core, coil, etc. ay naka-immersed sa parehong oil tank, at ang transformer oil ay ginagamit bilang insulation, arc-extinguishing, at cooling medium. Ginagamit nito ang dual-fuse protection, at ang fuses ay may current at temperature dual-sensitive characteristics, na nagpapataas ng sensitivity at reliability ng transformer protection. Ang pangunahing mga benepisyo ng American-style substations ay maliit na sukat, compact structure, simplicity, at economy.

Gayunpaman, ang mga di-advantage nito ay mabibigay din, tulad ng mabilis na pagbagsak ng insulation performance ng transformer oil, simple na scheme, at mababang flexibility. Ang arc na nagmumula sa breaking at closing ng high-voltage switch ay magdudulot ng pagka-bad ng kalidad ng transformer oil. Sa kasalukuyan, ang 10 kV American-style substations ay kaunti na lang ang ginagamit sa distribution network at ito ay na-classify bilang mga produkto na nasa proseso ng pag-phase out o pag-limit.

Matapos ang modification at upgrading, ang 10 kV American-style substations ay naka-increase ang voltage level hanggang 35 kV at ginagamit sa new energy power generation systems. Dahil sa kanilang compact structure, maliit na floor space, at mababang manufacturing cost, ito ay lalong pinopromote at ginagamit.

Sa nakaraang mga taon, ang prefabricated substations na ginagamit sa new energy systems tulad ng wind power at photovoltaic power generation ay pangunahing nagtatransmit ng electrical energy mula sa power generation side na may mababang voltage level hanggang sa 35 kV high-voltage substation. Ang capacity ng transformer ay lalong naging malaki. Kung idedesign sa anyo ng "European-style substations", ang transformer ay naka-install sa transformer room sa isang closed manner, at mahirap ilabas ang generated heat.

Kailangan ng additional equipment tulad ng fans o heat exchangers upang mapatugunan ang problema. Dahil dito, lumitaw ang prefabricated substation na may relatyibong compact structure at liquid-immersed transformer na naka-install sa labas ng box. Ang mga pangunahing katangian nito ay: ang transformer ay naka-install sa labas, na nagpaparesolba ng mga problema ng safety protection at heat dissipation ng transformer, at ang manufacturing cost ay naka-reduce nang significant. Ito ay may kaunti-kunti na similar sa "American-style substation" sa appearance, pero sa esensya, ito ay naka-belong pa rin sa "European-style substation". Nang unang lumitaw ito sa industry, ito ay tinawag na "compact prefabricated substation". Dahil ito ang unang matagumpay na nai-develop sa China at ginamit sa actual engineering projects, ito ay karaniwang tinatawag na "Chinese-style substation" sa industry. Gayunpaman, ang mga katangian ng produkto nito ay mas angkop sa mga pangangailangan ng standard na GB/T 40823.

3. Development Trends ng Prefabricated Substations

Ang mga development trends ng prefabricated substations ay inanalisa mula sa mga sumusunod na iba't ibang aspekto.

1) Diversification ng Materyal at Structural Forms ng Box Manufacturing

Ang pinakamatulis at napansin na pagbabago ay ang structural forms ng boxes ng prefabricated substations ay nagpapakita ng trend ng diversification, na maaaring makita mula sa hugis, kulay, at materyal ng boxes. Ang box ay dapat magkaisa sa paligid na environment. Halimbawa, ang European-style substations ay karaniwang naka-sink 1 m sa ilalim ng lupa, at ang bahagi sa itaas ng lupa ay hindi mas mataas kaysa 1.5 m, na hindi nag-aapekto sa long-distance view at hindi nagdudulot ng accidental injuries kapag ang mga bata ay nagsasagawa ng pag-climb up to play. Ang mga ginagamit na materyal ay non-metallic, na eco-friendly at madaling mag-coordinate sa paligid na environment.

Ang mga karaniwang materyal para sa outer shell ay kasama ang ordinary steel plates, stainless steel plates, aluminum alloy plates, at color steel composite plates. Mahigit sa ilang taon na ang nakalipas, ang glass fiber-reinforced cement plates, glass fiber-reinforced plastic plates, at non-metallic materials ay narinig na rin. Bukod dito, maaaring may ilang materyal sa parehong box. Halimbawa, ang labas ng ordinary box ay maaaring na-decorate ng wooden boards at glazed tile decorative boards, at ang heat-insulating materials tulad ng expandable polystyrene (EPS), glass fiber, asbestos, at aluminum silicate wool ay ginagamit sa interlayer ng double-layer structure.

Sa aspeto ng corrosion resistance, fire resistance, at resistance sa fault arcs, ang non-metallic material shells ay mas superior kaysa sa metallic material shells. Ang ilang prefabricated substations ay gumagamit ng Jinbang plates bilang materyal ng shell, na may mga katangian na eco-friendly, lightweight, high-strength, sound-insulating, heat-insulating, water-resistant, fire-resistant, at corrosion-resistant.

2) Malakas na Promotion at Application ng SF6 Gas-insulated Switchgear

Para sa prefabricated substations na may voltage level ng 40.5 kV at ibabaw, ang high-voltage side ay karaniwang gumagamit ng circuit breakers o load switches na insulated ng air o SF6 gas, at ang ilang produkto ay gumagamit ng load switches na may transformer oil bilang insulation medium.

Sa 12 kV prefabricated substations, dahil ang capacity ng transformer ay karaniwang nasa ibabaw ng 1,250 kV·A, ang combined electrical appliances (load switch + fuse) o load switches ay lalong ginagamit. Kapag ang circuit breaker ay ginagamit para protektahan ang transformer, ang oras upang putulin ang faulty line ay medyo mas mahaba, na hindi makakatulong sa proteksyon ng key equipment (tulad ng transformer). Ngunit, ang fuse sa combined electrical appliance ay maaaring putulin ang fault current sa loob ng 20 ms.

Ang load switch units para sa 12 kV voltage level kasama ang gas-generating load switch cabinets, vacuum circuit breaker switch cabinets, vacuum load switch cabinets, at SF6 gas-insulated switchgear. Sa kasalukuyan, ang SF6 gas-insulated switchgear ang pinakakaraniwang ginagamit sa prefabricated substations, at ito ay may mas distinct na mga benepisyo sa aspeto ng altitude, reliability, safety, size, at special application environments.

3) Pagtaas ng Performance ng Transformer at Ventilation at Heat Dissipation

Sa 12 kV prefabricated substations, ang karaniwang ginagamit na transformers kasama ang liquid-immersed transformers at dry-type transformers, at ang kanilang insulation performance at no-load at load loss values ay lalong na-optimize. Sa high-rise buildings, mula sa transformer hanggang sa switchgear, ang dry-type transformers na walang flammable materials at hindi madaling ma-contaminated ng transformer oil ang kinakailangan.

Ang prinsipyong ventilation at heat dissipation para sa transformers ay: mainly natural ventilation, supplemented by forced air cooling. Ang karaniwang paraan ng forced air cooling ay ang pag-install ng fans sa itaas ng transformer room o sa box wall panels upang ilabas ang hangin mula sa box, na nag-stirring ng circulation ng mainit na hangin sa room. Sa ilang oras, ang mga fans ay maaari ring ilagay sa ilalim ng transformer upang mag-supply ng cold air inward, na nagreresulta sa relatyibong mabuting heat dissipation effect.

4) Internal Fault Arcs sa Prefabricated Substations

Maaaring mangyari ang internal fault arcs sa prefabricated substations, at ang mga hakbang na maaaring gawin ay nahahati sa dalawang category: proactive measures at reactive measures. Ang proactive measures ay pangunahing naghahangad na limitahan ang duration ng fault arc, habang ang reactive measures ay nakatuon sa limitahan ang epekto na dulot ng fault arc. Kahit hindi maaaring ganap na i-prevent ang pagkakaroon ng internal arcs, maaari itong mai-prevent. Sa pamamagitan ng pag-limit ng harmful effects na dulot ng arc duration, maaaring mabawasan ang impact ng fault arc sa tao o equipment.

Kahit ang internal fault arc test ay hindi kasama sa mandatory test items, ito ay itinuturing bilang "mandatory type test item when applicable". Dahil sa direktang banta nito sa personal safety at normal operation ng equipment, ito ay nagkaroon ng malaking atensyon mula sa manufacturers at users. Dahil dito, ang arc-burning test item ay gradual at malakas na ipinromote sa type tests at quality spot checks ng prefabricated substations.

5) Considerable Development sa Intelligence

Ang intelligence ay isang pangunahing katangian ng smart grids at isang direction ng pag-unlad para sa prefabricated substations. Ang prefabricated substations na may mataas na degree ng automation ay karaniwang tinatawag na intelligent prefabricated substations sa industry. Ang mga katangian at responsibilidad ng intelligent prefabricated substations ay nangangailangan ng magandang interactivity.

Matapos makuha at analisahan ang impormasyon, ang intelligent prefabricated substations ay hindi lamang maaaring ibahagi ang impormasyon na ito sa loob, kundi may magandang interaksiyon din sa mas complex at advanced na automation systems sa loob ng power grid. Ang interactivity ng intelligent prefabricated substations ay nagbibigay ng seguridad at stable operation ng power grid sa ilang degree.

6) Development at Main Characteristics ng "Prefabricated Cabins"

Kapag ang prefabricated substations ay ginagamit sa load center ng power grid, ang capacity ng transformer ay karaniwang malaki. Ang supporting high-voltage at low-voltage equipment, secondary automation equipment, SVG