ניתוח של סיווג ותנדי מפתח במשאיות תחנות כוח מובנות לחץ גבוה/לחץ נמוך
1. מבוא
תחנות טרנספורמציה מוקדמות בלחץ גבוה/נמוך, הידועות גם כ"תחנות טרנספורמציה מוקדמות", מכונות בקיצור "תחנות טרנספורמציה מוקדמות" או "תחנות טרנספורמציה ניידות". בסין, הן היו ידועות בעבר בכינויים שונים כגון "תחנות טרנספורמציה משולבות", "טרנספורמרים משולבים", "תחנות טרנספורמציה קומפקטיות מוכנות מפעל", "יחידות קבלת חשמל בלחץ גבוה מסוג תיבה", ו"תחנות טרנספורמציה קומפקטיות מוקדמות". בנובמבר 1995, הקומיסיה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה (IEC) קראה להן רשמית "תחנות טרנספורמציה מוקדמות בלחץ גבוה/נמוך" בתקן IEC 1330. התקן הנוכחי GB/T 17467—2020 תחנות טרנספורמציה מוקדמות בלחץ גבוה/נמוך גם אימץ את המונח "תחנות טרנספורמציה מוקדמות בלחץ גבוה/נמוך", שיכונה בהמשך "תחנות טרנספורמציה מוקדמות" בקיצור.
המאפיינים העיקריים של תחנות טרנספורמציה מוקדמות הם כדלקמן:
עיצוב ומfgUFACTURING של המוצר מתבצעים במפעל.
האימות באמצעות מבחני סוג כפי שמוגדר בתקן GB/T 17467.
אימות דרך מבחנים במפעל.
הרכב הבסיסי שלה כולל שלושה יחידות פונקציונליות,すみません、続きを翻訳いたします。
הרכב הבסיסי שלה כולל שלושה יחידות פונקציונליות, כלומר חדר הטרנספורמר, חדר המפסקים בעוצמה גבוהה וחדר המפסקים בעוצמה נמוכה. המרכיבים העיקריים הנאספים בתוכם (בתקן, מגדירים טרנספורמרים, מתקני מפסקים בעוצמה גבוהה, מתקני מפסקים בעוצמה נמוכה וכדומה כמרכיבים עיקריים) עברו אימות כראוי דרך מבחני סוג ומבחנים במפעל. המרכיבים הללו מחוברים זה לזה לפי הצורך ונאספים בתוך מגורש משותף או תיבה כדי ליצור מוצר של תחנת טרנספורמציה מוקדמת. הסכימה הטיפוסית עוברת אימות דרך מבחני סוג בהתאם לדרישות של GB/T 17467, ולאחר מכן מופצת למשתמשים להתקנה ושימוש לאחר שעברה מבחנים במפעל. זהו הצורה המבנית הבסיסית של תחנת טרנספורמציה מוקדמת טיפוסית. ביישומים מעשיים, משלבים בתחנות טרנספורמציה מוקדמות יחידות אוטומציה, יחידות תקשורת, מערכות מעקב וידאו, מערכות מזון בקרה, מערכות הגנה מהאש ועוד, והן נעשות למרכיבים או תוספות חשובים לקיום דרישות הפונקציונליות של תחנות טרנספורמציה מוקדמות בתנאים עבודה שונים. היתרונות העיקריים של תחנות טרנספורמציה מוקדמות כוללים אינטגרציה גבוהה, שטח מצומצם, זמן בנייה קצר, בחירה גמישה של אתר, התאמה חזקה לסביבה, התקנה ושימוש נוחים, פעולה בטוחה ומאמינה, השקעה נמוכה ותוצאות מהירות. בשנים האחרונות, תחנות טרנספורמציה מוקדמות חוותו התפתחות מהירה ויישום נרחב בשדות האנרגיה החילופית והשימור כמו אנרגיית הרוח ואנרגיית השמש, המאפשרים העברת או החלפת אנרגיה חשמלית. סצנאריות שימוש בתחנות טרנספורמציה מוקדמות: ברשת הפצה, תחנות טרנספורמציה מוקדמות ממלאות תפקיד בהפצת אנרגיה חשמלית דרך הפחתתрярусность, чтобы удовлетворить требования конечных пользователей; в системе генерации электроэнергии они обеспечивают передачу электроэнергии от стороны генерации к сети через повышение напряжения и подключение к сети. הקיבולת המ颮定的变压器额定容量和电压等级是衡量变电站规模和配置的重要指标。通常，对于变压器额定容量约为10,000 kV·A且电压等级为40.5 kV及以下的预制变电站，变压器和开关设备或其他设备组装成一个整体，或以单独模块运输到现场后组装成一个整体。 当变压器容量超过31,500 kV·A时，配套的开关设备和其他辅助设备安装在预制变电站的箱体内，而主变压器则安装在室外。有两个或多个主变压器，最终连接形成一个完整的变电站，从而实现电能的传输或交换。本文从行业发展方向或产品主要特点等方面对预制变电站进行分类，并分析其在变电站领域的发 triển và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực phát điện năng lượng mới như gió và năng lượng mặt trời, cho phép truyền tải hoặc trao đổi năng lượng điện.
Các trường hợp sử dụng của trạm biến áp lắp ghép: Trong lưới phân phối, trạm biến áp lắp ghép thực hiện việc phân phối năng lượng điện thông qua giảm áp để đáp ứng yêu cầu của người dùng cuối; trong hệ thống phát điện, chúng thực hiện việc truyền tải năng lượng điện từ phía phát điện đến lưới điện thông qua tăng áp và kết nối với lưới.
Công suất định mức và cấp điện áp của máy biến áp được trang bị trong trạm biến áp lắp ghép là các chỉ số quan trọng để đo lường quy mô và cấu hình của trạm. Thông thường, đối với trạm biến áp lắp ghép có công suất định mức của máy biến áp khoảng 10.000 kV·A và cấp điện áp 40.5 kV trở xuống, máy biến áp và thiết bị đóng cắt hoặc thiết bị khác được lắp ráp thành một khối, hoặc được vận chuyển đến hiện trường dưới dạng các mô-đun riêng lẻ và sau đó được lắp ráp thành một khối.
Khi công suất máy biến áp vượt quá 31.500 kV·A, thiết bị đóng cắt hỗ trợ và các thiết bị phụ trợ khác được cài đặt bên trong hộp của trạm biến áp lắp ghép, trong khi các máy biến áp chính được cài đặt ở bên ngoài. Có hai hoặc nhiều máy biến áp chính, cuối cùng được kết nối để tạo thành một trạm hoàn chỉnh, do đó cho phép truyền tải hoặc trao đổi năng lượng điện. Bài viết này phân loại trạm biến áp lắp ghép theo các khía cạnh như hướng phát triển ngành hoặc các đặc điểm chính của sản phẩm, và phân tích xu hướng phát triển của chúng trong lĩnh vực trạm biến áp.
2. Phương pháp phân loại thông thường của trạm biến áp lắp ghép
Trong thực tế, trạm biến áp lắp ghép có sự khác biệt đáng kể về công suất định mức và đặc điểm cấu trúc của máy biến áp, cấp điện áp định mức, các thành phần chính, vật liệu và hình thức cấu trúc của hộp, các trường hợp sử dụng và mục đích chính. Ngoài ra, do sự khác biệt trong các lĩnh vực ứng dụng, tiêu chuẩn ngành và phương pháp kiểm tra sản phẩm cũng khác nhau. Dưới đây là cách phân loại trạm biến áp lắp ghép theo các chiều khác nhau hoặc dựa trên các đặc điểm chính của chúng.
1) Phân loại theo cấp điện áp định mức ở phía cao áp
Trạm biến áp lắp ghép được phân loại theo cấp điện áp định mức ở phía cao áp thành: trạm biến áp lắp ghép cao áp, trạm biến áp lắp ghép trung áp và trạm biến áp lắp ghép thấp áp. Cấp điện áp định mức ở phía cao áp của trạm biến áp lắp ghép cao áp là 110 kV trở lên, của trạm biến áp lắp ghép trung áp nằm trong khoảng 3.6 đến 40.5 kV, và của trạm biến áp lắp ghép thấp áp là 1.14 kV trở xuống.
Trạm biến áp lắp ghép cao áp thường được cài đặt gần trung tâm tải điện. Chúng thường sử dụng chế độ xây dựng trạm kết hợp giữa sản xuất mô-đun và xây dựng tại chỗ. Chúng có đặc điểm là cấp điện áp ở phía cao áp của máy biến áp cao, công suất đơn vị lớn, và số lượng thiết bị phụ trợ sơ cấp và thứ cấp tương đối lớn.
Trạm biến áp lắp ghép trung áp thường được sử dụng trong hệ thống phát điện, ở đầu cuối của lưới phân phối, hoặc trong các tình huống cung cấp điện tạm thời. Sơ đồ cấu hình của chúng tương đối đơn giản, công suất máy biến áp tương đối nhỏ, và quy trình sản xuất tương đối đơn giản. Trạm biến áp lắp ghép thấp áp thường cài đặt thiết bị điều khiển thứ cấp, thiết bị phụ trợ, hoặc thiết bị đóng cắt thấp áp bên trong để đáp ứng các yêu cầu chức năng cụ thể.
2) Phân loại theo môi trường sử dụng hoặc lắp đặt
Chúng được phân loại thành trạm biến áp lắp ghép trong nhà và trạm biến áp lắp ghép ngoài trời theo môi trường sử dụng hoặc lắp đặt. Các trạm biến áp lắp ghép thường được đề cập thường là loại ngoài trời. Ngoài ra, trong một số nhà máy, tòa nhà, hoặc bên cạnh thiết bị điện trong nhà có tải điện tương đối nhỏ, các trạm biến áp lắp ghép hỗ trợ là trạm biến áp lắp ghép trong nhà. Môi trường sử dụng hoặc mức bảo vệ của chúng tốt hơn so với trạm biến áp lắp ghép ngoài trời, và sản phẩm tự thân có yêu cầu thấp hơn về bảo vệ môi trường và an toàn.
3) Phân loại theo phương pháp lắp đặt sản phẩm
Chúng được phân loại thành trạm biến áp lắp ghép cố định và trạm biến áp lắp ghép di động theo phương pháp lắp đặt sản phẩm. Thông thường, trạm biến áp lắp ghép được lắp cố định trên nền móng, và vị trí lắp đặt của chúng không thay đổi trong quá trình sử dụng.
Trong một số trường hợp sử dụng, chẳng hạn như mỏ, dầu khí, công trường xây dựng, và các tình huống cung cấp điện tạm thời, khi tiến độ xây dựng tiến triển, vị trí của trạm biến áp lắp ghép thường cần thay đổi. Có hai loại trạm biến áp lắp ghép di động: trạm biến áp lắp ghép có bánh xe và trạm biến áp lắp ghép có đế. Khi vị trí cung cấp điện của trạm biến áp lắp ghép cần di chuyển, nó có thể được kéo và vận chuyển bằng rơ-móc hoặc bán rơ-móc.
4) Phân loại theo vật liệu sử dụng để sản xuất hộp
Theo các vật liệu khác nhau được sử dụng để sản xuất hộp của trạm biến áp lắp ghép, chúng có thể được chia thành thép tấm, phi kim, thép không gỉ tấm, hợp kim nhôm, thép màu tổng hợp, tấm Jinbang, tấm mạ kẽm magiê-nhôm, container, v.v. Đặc điểm chính là vật liệu hoặc hình thức cấu trúc của hộp trạm biến áp lắp ghép khác nhau, có thể đáp ứng nhu cầu khác nhau của người dùng hoặc yêu cầu sử dụng.
5) Phân loại theo ngoại hình hộp hoặc mức độ phù hợp với môi trường
Theo các yêu cầu đặc biệt của trạm biến áp lắp ghép đối với môi trường sử dụng xung quanh, chúng có thể được chia thành loại thông thường, loại cảnh quan (ví dụ, bề mặt hộp có kiểu dáng mô phỏng kiến trúc cổ Trung Quốc, kiến trúc châu Âu, hình tượng nghệ thuật, hoặc dán tranh cảnh), v.v. Ví dụ, trạm biến áp lắp ghép được sử dụng trong công viên có hình dạng giống như một gian nhà hay một tòa nhà phù hợp với môi trường công viên, và bề mặt được trang trí bằng tranh cảnh hoặc các tông màu khác nhau.
6) Phân loại theo các phương pháp lắp đặt khác nhau
Theo mức độ kết hợp giữa trạm biến áp lắp ghép và nền móng, nó có thể được chia thành trạm biến áp lắp ghép trên mặt đất, trạm biến áp lắp ghép nửa chôn và trạm biến áp lắp ghép hoàn toàn chôn.
Trạm biến áp lắp ghép trên mặt đất lắp đặt toàn bộ trạm biến áp lắp ghép trên đỉnh nền móng. Trong trạm biến áp lắp ghép nửa chôn, phòng đóng cắt cao áp và phòng đóng cắt thấp áp trong ba phòng chức năng cơ bản nằm trên nền móng, trong khi phòng máy biến áp nằm dưới và chìm vào nền móng.
Thể tích tổng thể của sản phẩm tương đối nhỏ. Trạm biến áp lắp ghép hoàn toàn chôn nghĩa là toàn bộ sản phẩm chìm vào nền móng, chỉ có các lỗ kiểm tra hoặc lỗ thông gió lộ ra trên nền móng. Loại sản phẩm này đặc biệt phù hợp cho trung tâm thành phố hoặc khu vực trung tâm đông dân cư, giảm ảnh hưởng thị giác của sản phẩm đến môi trường sử dụng và tăng cường an toàn và tin cậy của hoạt động sản phẩm.
7) Phân loại theo các phương pháp sắp xếp khác nhau của phòng chức năng
Theo các cách sắp xếp hoặc kết hợp khác nhau của ba phòng chức năng cơ bản (phòng cao áp, phòng thấp áp, và phòng máy biến áp) của trạm biến áp lắp ghép, chúng có thể được chia thành trạm biến áp lắp ghép dạng "mắt", trạm biến áp lắp ghép dạng "kim", trạm biến áp lắp ghép dạng "H", trạm biến áp lắp ghép dạng "cồng", trạm biến áp lắp ghép dạng "trường", v.v.
Trong trạm biến áp lắp ghép dạng "mắt", phòng máy biến áp được bố trí ở giữa, trong khi phòng cao áp và phòng thấp áp được bố trí ở hai bên. Bố cục tổng thể của nó tương tự như chữ "眼" 在中文中。在“针”形预制变电站中，三个功能单元一起排列，类似于汉字“针”的形状。
在“H”型预制变电站中，高压室和低压室被制成独立的箱体，液浸变压器的带电部分完全封闭并放置在这两个箱体之间。此外，在变压器两侧采用网状屏蔽进行简单的保护和隔离，提高了变压器运行时的散热条件。在“哑铃”形预制变电站中，实际上有一组高压开关柜、两组变压器和低压开关柜。高压室位于箱体中间，而变压器室和低压室分别位于变压器室的两侧。每个功能室的整体布局呈“哑铃”形。在“田”字形预制变电站中，低压室被分成两个独立的隔间（低压开关室和自动化室）。与高压室和变压器室一起，整体布局呈现出汉字“田”的形状。
8）按习惯称谓分类
根据产品的特性和习惯称谓，预制变电站分为欧式变电站、美式变电站和中式变电站。
预制变电站的关键单元（高压开关设备、低压开关设备、变压器）都是经过型式试验定型的标准产品。最初它们主要从德国等欧洲国家引进，俗称“欧式变电站”。其主要特点是关键部件的互联组合，设计方案灵活多变，变压器扩容相对方便。目前，它们广泛应用于配电网和发电系统。
根据标准JB/T 10217，美式变电站是一种将高压开关安装在变压器油箱内，用变压器油作为绝缘和灭弧介质，而低压开关安装在低压箱内的预制变电站。例如，以美国Cooper公司为代表的10kV经济型预制变电站，俗称“美式变电站”。
美式变电站的主要特点是高压负荷开关、变压器铁芯、线圈等浸在同一油箱内，共同使用变压器油作为绝缘、灭弧和冷却介质。它采用双熔丝保护，熔丝具有电流和温度双重敏感特性，大大提高了变压器保护的灵敏度和可靠性。美式变电站的主要优点是体积小、结构紧凑、简单、经济。
然而，其缺点也很明显，如变压器油的绝缘性能迅速下降、方案简单、灵活性低。高压开关的分合闸产生的电弧会导致变压器油质恶化。目前，10kV美式变电站在配电网中很少使用，已被列为淘汰或限制使用的产品。
经过改造升级后，10kV美式变电站将电压等级提高到35kV，并应用于新能源发电系统。由于其结构紧凑、占地面积小、制造成本低，正在越来越多地推广和使用。
近年来，用于风电、光伏发电等新能源系统的预制变电站主要功能是将发电侧较低电压等级的电能传输到35kV高压变电站。变压器容量越来越大，如果设计成“欧式变电站”形式，变压器封闭安装在变压器室内，难以将产生的热量散发出去。需要额外配备风扇或热交换器来解决这个问题。因此，出现了一种结构相对紧凑、液浸变压器安装在箱外的预制变电站。其主要特点是：变压器安装在室外，解决了变压器的安全防护和散热问题，制造成本也大幅降低。外观上有些类似于“美式变电站”，但实际上仍属于“欧式变电站”。该产品首次在行业内成功开发并应用于实际工程项目时，业内俗称“中式变电站”。但其产品特点更符合GB/T 40823标准的要求。
3. 预制变电站的发展趋势
从以下几个不同方面分析预制变电站的发展趋势。
1）箱体制作材料和结构形式多样化
最直观和显著的变化是预制变电站箱体的结构形式呈现出多样化的趋势，这可以从箱体的形状、颜色和材料上观察到。箱体应与周围环境协调一致。例如，欧式变电站一般下沉地下1米，地上部分不超过1.5米，既不影响远距离视野，也不至于儿童攀爬玩耍造成意外伤害。使用的材料是非金属材料，环保且容易与周围环境协调。
常见的外壳材料有普通钢板、不锈钢板、铝合金板、彩钢复合板。几年前，玻璃纤维增强水泥板、玻璃纤维增强塑料板和非金属材料也开始使用。此外，同一个箱体上可能有几种材料。例如，普通箱体外可以装饰木板和琉璃瓦装饰板，双层结构夹层中使用膨胀聚苯乙烯（EPS）、玻璃纤维、石棉、硅酸铝棉等保温材料。
在耐腐蚀性、耐火性和抗故障电弧方面，非金属材料外壳明显优于金属材料外壳。一些预制变电站采用金邦板作为外壳材料，其特点是环保、轻质、高强度、隔音、隔热、防水、防火、防腐。
2）SF6气体绝缘开关设备的大力推广应用
对于40.5kV及以下电压等级的预制变电站，高压侧一般采用空气或SF6气体绝缘的断路器或负荷开关，有些产品还采用变压器油作为绝缘介质的负荷开关。
在12kV预制变电站中，由于变压器容量一般在1250kV·A以下，组合电器（负荷开关+熔断器）或负荷开关的应用越来越广泛。使用断路器保护变压器时，切断故障线路的时间稍长，不利于关键设备（如变压器）的保护。而组合电器中的熔断器可以在20毫秒内切断故障电流。
12kV电压等级的负荷开关单元包括产气负荷开关柜、真空断路器开关柜、真空负荷开关柜和SF6气体绝缘开关设备。目前，SF6气体绝缘开关设备在预制变电站中最常用，在海拔高度、可靠性、安全性、尺寸以及特殊应用环境等方面具有更加明显的优势。
3）变压器性能和通风散热的改进
在12kV预制变电站中，常用的变压器包括油浸式变压器和干式变压器，其绝缘性能和空载及负载损耗值进一步优化。在高层建筑中，从变压器到开关设备，要求不含有易燃材料且不易被变压器油污染的干式变压器。
变压器的通风散热原则是：以自然通风为主，强制风冷为辅。常见的强制风冷方法是在变压器室顶部或箱壁板上安装风机，将箱内的热空气吹出，搅动室内热空气循环。有时也会在变压器下方放置风机向内送冷风，散热效果较好。
4）预制变电站内部故障电弧
预制变电站内部可能发生故障电弧，可采取的措施分为两类：主动措施和被动措施。主动措施主要是限制故障电弧持续时间，被动措施则侧重于限制故障电弧造成的影响。虽然无法完全防止内部电弧的发生，但可以通过限制电弧持续时间造成的有害影响，尽量减少故障电弧对人员或设备的影响。
虽然内部故障电弧试验未被列入强制性试验项目，但它被视为“适用时的强制型式试验项目”。由于其直接威胁人身安全和设备正常运行，引起了制造商和用户的高度重视。因此，烧弧试验项目在预制变电站的型式试验和质量抽检中逐步得到了大力推广。
5）智能化发展显著
智能化是智能电网的一个关键特征，也是预制变电站的发展方向。高度自动化的预制变电站在业内通常称为智能预制变电站。智能预制变电站的工作特性和职责要求其具有良好的交互性。
实现信息采集和分析后，智能预制变电站不仅能内部共享这些信息，还能与电网中更复杂、更先进的自动化系统进行良好互动。智能预制变电站的交互性在一定程度上保障了电网的安全稳定运行。
6）“预制舱”的发展及其主要特点
当预制变电站应用于电网负荷中心时，变压器容量一般较大。配套的高低压设备、二次自动化设备、SVG（静止无功发生器）设备等都安装在箱体内；主变压器安装在室外。它具有功能单元预制化、通过模块化组装建设变电站的特点，对箱体结构形式、消防系统、人员安全、设备监控等要求较高。业内称之为“预制舱”。实际上，这是一种大规模、模块化组合、现场安装的预制变电站。
7）“一体化逆变器”的出现及应用场景
在应用于光伏发电系统和储能系统的预制变电站中，传统的低压开关设备被逆变器取代，用于电能转换，形成了由逆变器、变压器和高压开关设备组成的预制变电站。实现了直流电到交流电的转换。交流电经变压器升压后，由高压开关设备送至40.5kV开关站，再通过35/110kV或35/220kV电压等级的主变压器送入电网，或实现电网与电池组之间的能量交换或转移。这是另一种形式的预制变电站。
4. 结论
在电网中，预制变电站具有高集成度、方案灵活、方式多样、建设周期短、占地面积小、制造成本低等特点。它们在各行各业中的应用越来越广泛，从最初的10kV电压等级的终端用户应用扩展到35kV（110kV、220kV）电压等级的电力负荷中心。
由于它具备变电站的所有基本特性，随着高压开关设备、低压开关设备、变压器和自动化等配套产业的发展，显示出越来越强的市场活力。从配电网中的电能分配到新能源领域的电能传输，或实现电池组与电网之间的电能交换或电能质量管理，其应用非常广泛。这也推动了相关制造业的快速发展及相关行业技术水平的不断提高，成为输配电行业中变电站的重要组成部分或补充。
