Analyse de la classification et des tendances de développement des postes électriques préfabriqués haute et basse tension
1. Introduction
Les postes de transformation préfabriqués haute tension/basse tension, communément appelés "postes de transformation préfabriqués", sont abrégés en "postes préfabriqués" ou "postes en boîte". En Chine, ils ont été précédemment désignés par divers noms tels que "postes combinés", "transformateurs combinés", "postes compacts assemblés en usine", "unités de réception de puissance haute tension en boîte" et "postes compacts préfabriqués haute tension/basse tension". En novembre 1995, la Commission Electrotechnique Internationale (CEI) les a officiellement nommés "postes de transformation préfabriqués haute tension/basse tension" dans la norme CEI 1330. La norme actuelle GB/T 17467—2020 Postes de transformation préfabriqués haute tension/basse tension adopte également le terme "postes de transformation préfabriqués haute tension/basse tension", qui sera abrégé en "postes préfabriqués" dans le texte qui suit.
Les principales caractéristiques des postes préfabriqués sont les suivantes :
La conception et la fabrication du produit sont réalisées en usine.
Vérifiées par les essais de type spécifiés dans la norme GB/T 17467.
Validées par les essais d'usine.
Sa composition de base comprend trois unités fonctionnelles, à savoir la salle de transformateur, la salle de commutation haute tension et la salle de commutation basse tension. Les composants clés assemblés à l'intérieur (dans la norme, les transformateurs, les appareils de commutation haute tension, les appareils de commutation basse tension, etc. sont définis comme des composants clés) ont été vérifiés comme conformes à la fois par les essais de type et par les essais d'usine. Ces composants sont connectés entre eux selon les besoins et assemblés dans un boîtier ou une boîte commune pour former un produit de poste préfabriqué. Le schéma typique est vérifié par des essais de type conformément aux exigences de la norme GB/T 17467, puis livré aux utilisateurs pour installation et utilisation après avoir passé les essais d'usine. Cela représente la forme structurelle de base d'un poste préfabriqué typique.
Dans les applications pratiques, des dispositifs d'automatisation, des unités de communication, des systèmes de surveillance vidéo, des systèmes d'alimentation de contrôle, des systèmes de protection incendie, etc. sont intégrés dans les postes préfabriqués, devenant des composants importants ou des compléments pour répondre aux exigences fonctionnelles des postes préfabriqués dans différentes conditions de travail.
Les principaux avantages des postes préfabriqués incluent une forte intégration, une emprise au sol réduite, un délai de construction court, une sélection flexible du site, une forte adaptabilité environnementale, une installation et une utilisation faciles, un fonctionnement sûr et fiable, un investissement faible et des résultats rapides.
Récemment, les postes préfabriqués ont connu un développement rapide et une application extensive dans les domaines de la production d'énergie renouvelable et de stockage d'énergie tels que l'éolien et la photovoltaïque, permettant la transmission ou l'échange d'énergie électrique.
Scénarios d'application des postes préfabriqués : Dans le réseau de distribution, les postes préfabriqués permettent la distribution de l'énergie électrique par réduction de tension pour répondre aux besoins des utilisateurs finaux ; dans le système de production d'énergie, ils réalisent la transmission de l'énergie électrique du côté de la production vers le réseau par augmentation de tension et raccordement au réseau.
La capacité nominale et le niveau de tension du transformateur équipé dans les postes préfabriqués sont des indicateurs importants pour mesurer l'échelle et la configuration du poste. Généralement, pour les postes préfabriqués avec une capacité nominale du transformateur d'environ 10 000 kV·A et un niveau de tension de 40,5 kV et moins, le transformateur et les appareils de commutation ou autres équipements sont assemblés en un ensemble, ou transportés sur le site en modules séparés puis assemblés en un ensemble.
Lorsque la capacité du transformateur dépasse 31 500 kV·A, les appareils de commutation et autres équipements auxiliaires sont installés à l'intérieur de la boîte du poste préfabriqué, tandis que les transformateurs principaux sont installés en extérieur. Il y a deux ou plusieurs transformateurs principaux, qui sont finalement connectés pour former un poste complet, permettant ainsi la transmission ou l'échange d'énergie électrique.Cet article classe les postes préfabriqués selon les directions de développement de l'industrie ou les principales caractéristiques du produit, et analyse leurs tendances de développement dans le domaine des postes de transformation.
2. Méthodes de classification conventionnelles des postes préfabriqués
Dans les applications pratiques, les postes préfabriqués varient considérablement en termes de capacité nominale et de caractéristiques structurelles du transformateur, de niveau de tension nominale, de composants clés, de matériau et de forme structurelle de la boîte, de scénarios d'application et d'objectifs principaux. De plus, en raison des différences dans les domaines d'application, les normes industrielles et les méthodes de vérification des produits diffèrent également. La classification suivante des postes préfabriqués se fait selon différentes dimensions ou en fonction de leurs principales caractéristiques.
1) Classification selon le niveau de tension nominale du côté haute tension
Les postes préfabriqués sont classés selon le niveau de tension nominale du côté haute tension en : postes préfabriqués haute tension, postes préfabriqués moyenne tension et postes préfabriqués basse tension. Le niveau de tension nominale du côté haute tension des postes préfabriqués haute tension est de 110 kV et plus, celui des postes préfabriqués moyenne tension se situe entre 3,6 et 40,5 kV, et celui des postes préfabriqués basse tension est de 1,14 kV et moins.
Les postes préfabriqués haute tension sont généralement installés près du centre de charge électrique. Ils adoptent souvent un mode de construction de poste qui combine la fabrication modulaire et la construction sur site. Ils se caractérisent par un niveau de tension élevé du côté haute tension du transformateur, une grande capacité unitaire et un nombre relativement important d'équipements de soutien primaire et secondaire.
Les postes préfabriqués moyenne tension sont généralement utilisés dans les systèmes de production d'énergie, aux terminaux du réseau de distribution ou dans des scénarios d'alimentation temporaire. Leur configuration de schéma est relativement simple, la capacité du transformateur est relativement faible, et le processus de fabrication est relativement simple.Les postes préfabriqués basse tension installent généralement des équipements de contrôle secondaires, des équipements auxiliaires ou des appareils de commutation basse tension à l'intérieur pour satisfaire des exigences fonctionnelles spécifiques.
2) Classification selon l'utilisation ou l'environnement d'installation
Ils sont classés en postes préfabriqués intérieurs et postes préfabriqués extérieurs selon l'utilisation ou l'environnement d'installation. Les postes préfabriqués couramment mentionnés font généralement référence au type extérieur. De plus, dans certaines usines, bâtiments ou à proximité d'équipements électriques intérieurs avec une charge de puissance relativement faible, les postes préfabriqués de soutien sont des postes préfabriqués intérieurs. Leur environnement d'utilisation ou leur niveau de protection est relativement meilleur que celui des postes préfabriqués extérieurs, et le produit lui-même a des exigences légèrement moindres en matière de protection environnementale et de sécurité.
3) Classification selon la méthode d'installation du produit
Ils sont classés en postes préfabriqués fixes et postes préfabriqués mobiles selon la méthode d'installation du produit. Généralement, les postes préfabriqués sont fixés sur la fondation, et leur position d'installation reste inchangée pendant l'utilisation.
Dans certains scénarios d'application, tels que les mines, les champs pétrolifères, les chantiers de construction et les scénarios d'alimentation temporaire pour la maintenance, la position du poste préfabriqué doit souvent être modifiée à mesure que le chantier avance. Il existe deux types de postes préfabriqués mobiles : les postes préfabriqués sur roues et les postes préfabriqués sur skid. Lorsque la position d'alimentation du poste préfabriqué doit être déplacée, il peut être tracté et transporté à l'aide d'une remorque ou d'une semi-remorque.
4) Classification selon le matériau utilisé pour la fabrication de la boîte
Selon les différents matériaux utilisés pour la fabrication de la boîte des postes préfabriqués, ils peuvent être classés en type plaque d'acier, type non métallique, type plaque d'acier inoxydable, type alliage d'aluminium, type plaque composite d'acier coloré, type plaque Jinbang, type plaque galvanisée en magnésium-aluminium-zinc, type conteneur, etc. La caractéristique principale est que les matériaux ou formes structurelles des boîtes des postes préfabriqués varient, ce qui peut répondre aux différents besoins des utilisateurs ou aux exigences d'utilisation.
5) Classification selon l'apparence de la boîte ou le degré de correspondance avec l'environnement
Selon les exigences particulières des postes préfabriqués pour l'environnement d'utilisation environnant, ils peuvent être subdivisés en type ordinaire, type paysager (par exemple, la surface de la boîte a des styles imitant l'architecture ancienne chinoise, l'architecture européenne, la modélisation artistique, ou des peintures paysagères collées), etc. Par exemple, le poste préfabriqué utilisé dans un parc a la forme d'un pavillon ou d'un bâtiment qui correspond à l'environnement du parc, et sa surface est décorée de peintures paysagères ou de différentes teintes de couleur.
6) Classification selon les différentes méthodes d'installation
Selon le degré de combinaison entre le poste préfabriqué et la fondation, on peut distinguer les postes préfabriqués en surface, les postes préfabriqués semi-enterrés et les postes préfabriqués entièrement enterrés.Un poste préfabriqué en surface installe l'ensemble du poste préfabriqué sur le dessus de la fondation. Dans un poste préfabriqué semi-enterré, les salles de commutation haute tension et basse tension parmi les trois salles fonctionnelles de base sont situées au-dessus de la fondation, tandis que la salle de transformateur est située en dessous et s'enfonce dans la fondation.
Le volume global du produit est relativement petit. Un poste préfabriqué entièrement enterré signifie que l'ensemble du produit s'enfonce dans la fondation, avec seulement des ouvertures d'homme de visite ou des orifices de ventilation exposés au-dessus de la fondation. Ce type de produit est particulièrement adapté au centre-ville ou aux zones centrales densément peuplées, réduisant l'impact visuel du produit sur l'environnement d'utilisation et améliorant la sécurité et la fiabilité de l'exploitation du produit.
7) Classification selon les différentes méthodes d'agencement des salles fonctionnelles
Selon les différents agencements ou combinaisons des trois salles fonctionnelles de base (salle haute tension, salle basse tension et salle de transformateur) des postes préfabriqués, on peut les subdiviser en postes préfabriqués en forme de "œil", en forme de "caractère-pin", en forme de "H", en forme de "haltère", en forme de "champ", etc.
Dans le poste préfabriqué en forme de "œil", la salle de transformateur est disposée au milieu, tandis que les salles haute tension et basse tension sont disposées de chaque côté. Son agencement global est similaire au caractère chinois "目". Dans un poste préfabriqué en forme de "aiguille", les trois salles fonctionnelles sont disposées ensemble, ressemblant à la forme du caractère chinois "针".
Dans le poste préfabriqué en forme de "H", les salles haute tension et basse tension sont fabriquées en boîtes séparées, et les parties sous tension du transformateur immergé sont entièrement enfermées et placées entre les deux boîtes. De plus, des écrans de maille sont adoptés de chaque côté du transformateur pour une protection et une isolation simples, ce qui améliore les conditions de refroidissement pendant le fonctionnement du transformateur. Dans un poste préfabriqué en forme de "haltère", il y a en réalité un ensemble d'armoires de commutation haute tension, deux ensembles de transformateurs et d'armoires de commutation basse tension.
La salle haute tension est située au milieu de la boîte, tandis que la salle de transformateur et la salle basse tension sont respectivement de chaque côté de la salle de transformateur. L'agencement global de chaque salle fonctionnelle est en forme de "haltère". Dans un poste préfabriqué en forme de "champ", la salle basse tension est divisée en deux compartiments indépendants (la salle de commutation basse tension et la salle d'automatisation). Avec la salle haute tension et la salle de transformateur, l'agencement global prend la forme du caractère chinois "田".
8) Classification selon l'appellation coutumière
Selon les principales caractéristiques et les appellations coutumières du produit, les postes préfabriqués sont classés en postes européens, postes américains et postes chinois.
Les unités clés (appareils de commutation haute tension, appareils de commutation basse tension, transformateurs) des postes préfabriqués sont tous des produits standard qui ont été finalisés après des essais de type. Initialement, ils ont été principalement introduits à partir de pays européens tels que l'Allemagne, communément appelés "postes européens". Leurs principales caractéristiques incluent l'interconnexion et la combinaison des composants clés, des schémas de conception flexibles et changeants, et une expansion de capacité du transformateur relativement pratique. Actuellement, ils sont largement utilisés à la fois dans le réseau de distribution et les systèmes de production d'énergie.
Selon la norme JB/T 10217, un poste américain est un poste préfabriqué dans lequel l'appareil de commutation haute tension est installé dans le réservoir d'huile du transformateur et l'huile du transformateur est utilisée comme isolant et moyen d'extinction d'arc, tandis que l'appareil de commutation basse tension est installé dans la boîte basse tension. Par exemple, le poste préfabriqué économique de 10 kV représenté par la société américaine Cooper est communément appelé un "poste américain".
La caractéristique principale d'un poste américain est que l'appareil de charge haute tension, le noyau du transformateur, la bobine, etc. sont immergés dans le même réservoir d'huile, et l'huile du transformateur est utilisée conjointement comme isolant, moyen d'extinction d'arc et moyen de refroidissement. Il adopte une double protection par fusibles, et les fusibles ont des caractéristiques sensibles à la fois au courant et à la température, ce qui améliore considérablement la sensibilité et la fiabilité de la protection du transformateur. Les principaux avantages des postes américains sont leur petite taille, leur structure compacte, leur simplicité et leur économie.
Cependant, leurs inconvénients sont également évidents, tels que la dégradation rapide des performances d'isolation de l'huile du transformateur, un schéma simple et une faible flexibilité. L'arc généré par l'ouverture et la fermeture de l'appareil de commutation haute tension causera la détérioration de la qualité de l'huile du transformateur. Actuellement, les postes américains de 10 kV sont rarement utilisés dans le réseau de distribution et ont été classés comme des produits en voie de disparition ou restreints.
Après modification et mise à niveau, les postes américains de 10 kV ont augmenté le niveau de tension à 35 kV et sont appliqués dans les systèmes de production d'énergie renouvelable. En raison de leur structure compacte, de leur faible emprise au sol et de leur faible coût de fabrication, ils sont de plus en plus promus et utilisés.
Récemment, les postes préfabriqués utilisés dans les systèmes d'énergie renouvelable tels que l'éolien et la photovoltaïque servent principalement à transmettre l'énergie électrique du côté de la production, avec un niveau de tension inférieur, vers un poste de transformation haute tension de 35 kV. La capacité du transformateur devient de plus en plus grande. Si conçus sous la forme de "postes européens", le transformateur est installé de manière fermée dans la salle de transformateur, et il est difficile de dissiper la chaleur générée à l'extérieur.
Des équipements supplémentaires tels que des ventilateurs ou des échangeurs de chaleur sont nécessaires pour résoudre ce problème. Ainsi, un poste préfabriqué avec une structure relativement compacte et un transformateur immergé installé à l'extérieur de la boîte a émergé. Ses principales caractéristiques sont : le transformateur est installé en extérieur, ce qui résout les problèmes de protection et de refroidissement du transformateur, et le coût de fabrication est considérablement réduit. Il ressemble quelque peu à un "poste américain" en apparence, mais il appartient essentiellement toujours à un "poste européen". Lors de son apparition dans l'industrie, il a été nommé un "poste préfabriqué compact". Puisqu'il a été développé avec succès pour la première fois en Chine et appliqué à des projets d'ingénierie réels, il est communément appelé un "poste chinois" dans l'industrie. Cependant, ses caractéristiques de produit sont plus conformes aux exigences de la norme GB/T 40823.
3. Tendances de développement des postes préfabriqués
Les tendances de développement des postes préfabriqués sont analysées sous les aspects suivants.
1) Diversification des matériaux et des formes structurelles de fabrication des boîtes
Le changement le plus intuitif et le plus notable est que les formes structurelles des boîtes des postes préfabriqués montrent une tendance à la diversification, ce qui peut être observé à partir de la forme, de la couleur et du matériau des boîtes. La boîte doit être en harmonie avec l'environnement environnant. Par exemple, les postes européens sont généralement enfoncés d'environ 1 m sous terre, et la partie au-dessus du sol n'est pas supérieure à 1,5 m, ce qui n'affecte ni la vue à longue distance ni ne cause de blessures accidentelles si les enfants grimpent pour jouer. Les matériaux utilisés sont non métalliques, écologiques et facilement coordonnables avec l'environnement environnant.
Les matériaux courants pour la coque extérieure incluent des plaques d'acier ordinaires, des plaques d'acier inoxydable, des plaques d'alliage d'aluminium et des plaques composites d'acier coloré. Il y a quelques années, des plaques de ciment renforcé de fibres de verre, des plaques de plastique renforcé de fibres de verre et des matériaux non métalliques ont également été utilisés. De plus, il peut y avoir plusieurs matériaux sur la même boîte. Par exemple, l'extérieur d'une boîte ordinaire peut être décoré avec des planches de bois et des panneaux décoratifs vernissés, et des matériaux isolants tels que le polystyrène expansé (EPS), la fibre de verre, l'amiante et la laine de silicate d'aluminium sont utilisés dans l'intercalaire de la structure double couche.
En termes de résistance à la corrosion, de résistance au feu et de résistance aux arcs de défaut, les coques en matériaux non métalliques sont nettement supérieures aux coques en matériaux métalliques. Certains postes préfabriqués utilisent des plaques Jinbang comme matériau de coque, qui se caractérisent par leur écologie, leur légèreté, leur haute résistance, leur isolation acoustique, leur isolation thermique, leur résistance à l'eau, leur résistance au feu et leur résistance à la corrosion.
2) Promotion et application vigoureuses de l'appareillage de coupure à isolation SF6
Pour les postes préfabriqués avec un niveau de tension de 40,5 kV et moins, le côté haute tension utilise généralement des disjoncteurs ou des interrupteurs de charge isolés par air ou gaz SF6, et certains produits utilisent des interrupteurs de charge avec de l'huile de transformateur comme isolant.
Dans les postes préfabriqués de 12 kV, la capacité du transformateur est généralement inférieure à 1 250 kV·A, les appareils combinés (interrupteur de charge + fusible) ou les interrupteurs de charge sont de plus en plus utilisés. Lorsqu'un disjoncteur est utilisé pour protéger le transformateur, le temps nécessaire pour couper la ligne défectueuse est légèrement plus long, ce qui n'est pas favorable à la protection des équipements clés (comme le transformateur). Cependant, le fusible dans l'appareil combiné peut couper le courant de défaut en 20 ms.
Les unités d'interrupteurs de charge pour le niveau de tension de 12 kV incluent des armoires d'interrupteurs de charge à gaz générant, des armoires de disjoncteurs à vide, des armoires d'interrupteurs de charge à vide et des appareillages de coupure à isolation SF6. Actuellement, les appareillages de coupure à isolation SF6 sont les plus couramment appliqués dans les postes préfabriqués, et ils présentent des avantages plus distincts en termes d'altitude, de fiabilité, de sécurité, de taille et d'environnements d'application spéciaux.
3) Amélioration des performances du transformateur et de la ventilation et du refroidissement
Dans les postes préfabriqués de 12 kV, les transformateurs couramment utilisés incluent les transformateurs immergés et les transformateurs à sec, dont les performances d'isolation et les valeurs de pertes à vide et à charge ont été davantage optimisées. Dans les immeubles de grande hauteur, des transformateurs à sec qui ne contiennent pas de matières inflammables et qui ne sont pas facilement contaminés par l'huile de transformateur sont requis, de la sortie du transformateur jusqu'à l'appareillage de commutation.
Le principe de ventilation et de refroidissement des transformateurs est : principalement la ventilation naturelle, complétée par le refroidissement forcé. Une méthode courante de refroidissement forcé consiste à installer des ventilateurs sur le toit de la salle de transformateur ou sur les panneaux de la paroi de la boîte pour souffler l'air hors de la boîte, brassant la circulation de l'air chaud dans la pièce. Parfois, des ventilateurs sont également placés sous le transformateur pour fournir de l'air froid à l'intérieur, ce qui donne un effet de refroidissement relativement bon.
4) Arcs internes de défaut dans les postes préfabriqués
Des arcs internes de défaut peuvent se produire dans les postes préfabriqués, et les mesures qui peuvent être prises sont divisées en deux catégories : les mesures proactives et les mesures réactives. Les mesures proactives visent principalement à limiter la durée de l'arc de défaut, tandis que les mesures réactives se concentrent sur la limitation des effets causés par l'arc de défaut. Bien qu'il soit impossible de prévenir complètement la survenue des arcs internes, on peut limiter les effets nuisibles causés par la durée de l'arc, minimisant ainsi l'impact de l'arc de défaut sur les personnes ou les équipements.
Bien que l'essai d'arc interne de défaut ne soit pas inclus dans les articles d'essai obligatoires, il est considéré comme un "article d'essai de type obligatoire lorsque cela s'applique". En raison de sa menace directe pour la sécurité des personnes et le fonctionnement normal des équipements, il a attiré une grande attention de la part des fabricants et des utilisateurs. Ainsi, l'article d'essai de brûlage d'arc a été progressivement et vigoureusement promu dans les essais de type et les contrôles de qualité aléatoires des postes préfabriqués.
5) Développement considérable en matière d'intelligence
L'intelligence est une caractéristique clé des réseaux intelligents
