Analiza klasifikacije i razvojnih trendova visokonaponskih/niskonaponskih pripremljenih podstanica

1. Uvod

Visokonaponske/niskonaponske prefabricirane podstanice, uobičajeno poznate kao "prefabricirane podstanice", su skraćene na "prefab podstanice" ili "kontejnerske podstanice". U Kini su ih prethodno nazivali različitim imenima poput "kombinovanih podstanica", "kombinovanih transformatora", "fabrički montiranih kompaktnih podstanica", "kontejnerskih visokonaponskih prijemnih jedinica" i "prefabriciranih kompaktnih podstanica". U studenom 1995. godine, Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) službeno ih je nazvala "visokonaponske/niskonaponske prefabricirane podstanice" u standardu IEC 1330. Trenutni standard GB/T 17467—2020 Visokonaponske/Niskonaponske Prefabricirane Podstanice također usvaja termin "visokonaponske/niskonaponske prefabricirane podstanice", koji će se u nastavku teksta kraće nazivati "prefabricirane podstanice".

Glavne karakteristike prefabriciranih podstanica su sljedeće:

• Dizajn i proizvodnja proizvoda završeni su unutar tvornice.

• Provereni su tipskim testiranjem prema standardu GB/T 17467.

• Potvrđeni su fabričkim testiranjem.

Njihova osnovna sastavnica sastoji se od tri funkcionalne jedinice, to jest sobe za transformator, visokonaponske sobe za prekidače i niskonaponske sobe za prekidače. Ključne komponente montirane unutar (u standardu su definirani transformatori, visokonaponski prekidači, niskonaponski prekidači itd. kao ključne komponente) provereni su kao kvalitetni putem tipskog i fabričkog testiranja. Ove komponente su povezane međusobno kako je potrebno i montirane unutar zajedničke opkolje ili kontejnera kako bi se formirao proizvod prefabricirane podstanice. Tipična shema je proverena tipskim testiranjem prema zahtjevima GB/T 17467, a nakon što prođe fabričko testiranje, dostavlja se korisnicima za instalaciju i uporabu. To predstavlja osnovnu strukturnu formu tipične prefabricirane podstanice.

U praktičnim primjenama, u prefabricirane podstanice su integrirani automatski uređaji, komunikacijske jedinice, video nadzorne sustave, sustave napajanja za kontrolu, protuvatrične sustave itd., postajući važne komponente ili dopune kako bi se ispunili funkcionalni zahtjevi prefabriciranih podstanica u različitim radnim uvjetima.

Glavne prednosti prefabriciranih podstanica uključuju visoku integraciju, mali prostorni zahtjev, kratki vremenski rok izgradnje, fleksibilan izbor lokacije, jaku prilagodljivost okruženju, laku instalaciju i upotrebu, sigurnu i pouzdanu operaciju, niske investicije i brze rezultate.

U posljednjih nekoliko godina, prefabricirane podstanice doživile su brz razvoj i široku primjenu u poljima novih izvora energije i pohrane energije, poput vjetra i fotovoltaične proizvodnje električne energije, omogućujući prijenos ili razmijenu električne energije.

Primjene prefabriciranih podstanica: U distribucijskoj mreži, prefabricirane podstanice ostvaruju distribuciju električne energije putem snižavanja napona kako bi ispunili zahtjeve krajnjih korisnika; u sistemima proizvodnje električne energije, oni ostvaruju prijenos električne energije s strane proizvodnje do mreže putem povećanja napona i spajanja na mrežu.

Nominirana snaga i nivo napona transformatora ugrađenog u prefabricirane podstanice su važni pokazatelji za mjerenje veličine i konfiguracije podstanice. Općenito, za prefabricirane podstanice s nominiranom snage transformatora oko 10 000 kV·A i nivom napona od 40,5 kV i niže, transformator i prekidači ili drugo oprema su montirani u cjelinu, ili su transportirani na lokaciju u odvojnim modulima i zatim montirani u cjelinu.

Kada prelazi kapacitet transformatora 31 500 kV·A, podržava se prekidači i druga pomoćna oprema unutar kutije prefabricirane podstanice, dok su glavni transformatori instalirani vani. Postoji dva ili više glavnih transformatora, koji su konačno povezani kako bi formirali kompletnu podstanicu, omogućujući prijenos ili razmijenu električne energije.Ovaj članak klasificira prefabricirane podstanice s aspekta smjera razvoja industrije ili glavnih karakteristika proizvoda, te analizira njihove trendove razvoja unutar područja podstanica.

2. Konvencionalne metode klasifikacije prefabriciranih podstanica

U praktičnim primjenama, prefabricirane podstanice značajno se razlikuju u pogledu nominirane snage i strukturnih karakteristika transformatora, nominiranog nivoa napona, ključnih komponenti, materijala i strukturne forme kutije, primjena scenarija i glavnih svrha. Također, zbog razlika u primjenama, industrijskim standardima i metodama proizvodne verifikacije, razlikuju se i. Sljedeće klasificiraju prefabricirane podstanice s različitih dimenzija ili prema njihovim glavnim karakteristikama.

1) Klasifikacija prema nominiranom nivou napona na visokonaponskoj strani

Prefabricirane podstanice su klasificirane prema nominiranom nivou napona na visokonaponskoj strani u: visokonaponske prefabricirane podstanice, srednjonaponske prefabricirane podstanice i niskonaponske prefabricirane podstanice. Nominirani napon na visokonaponskoj strani visokonaponskih prefabriciranih podstanica je 110 kV i više, srednjonaponskih prefabriciranih podstanica se kreće od 3,6 do 40,5 kV, a niskonaponskih prefabriciranih podstanica je 1,14 kV i niže.

Visokonaponske prefabricirane podstanice obično se instaliraju blizu centra električnog opterećenja. Često koriste način izgradnje podstanice kombinirajući modularnu proizvodnju s građevinskom izgradnjom na terenu. Karakteriziraju ih visoki nivo napona na visokonaponskoj strani transformatora, velika pojedinacna snaga i relativno veliki broj primarnih i sekundarnih podržavajućih opreme.

Srednjonaponske prefabricirane podstanice obično se koriste u sistemima proizvodnje električne energije, na terminalima distribucijske mreže ili u privremenim scenarijima snabdijevanja strujom. Njihova shema konfiguracije je relativno jednostavna, kapacitet transformatora je relativno mali, a proces proizvodnje je relativno jednostavan.Niskonaponske prefabricirane podstanice obično instaliraju sekundarnu kontrolnu opremu, pomoćnu opremu ili niskonaponske prekidače unutar kako bi ispunile specifične funkcionalne zahtjeve.

2) Klasifikacija prema upotrebi ili okruženju instalacije

Prema upotrebi ili okruženju instalacije, one su klasificirane u unutarnje prefabricirane podstanice i vanjske prefabricirane podstanice. Obično spomenute prefabricirane podstanice obično se odnose na vanjski tip. Također, u nekim tvornicama, zgradama ili uz unutarnju električnu opremu s relativno malim opterećenjem, podržavajuće prefabricirane podstanice su unutarnje prefabricirane podstanice. Njihovo okruženje upotrebe ili razine zaštite je relativno bolje od vanjskih prefabriciranih podstanica, a sam proizvod ima nešto niže zahtjeve za zaštitom okoliša i sigurnošću.

3) Klasifikacija prema metodi instalacije proizvoda

Prema metodi instalacije proizvoda, one su klasificirane u fiksne prefabricirane podstanice i mobilne prefabricirane podstanice. Općenito, prefabricirane podstanice su fiksno instalirane na temelju, a njihova pozicija instalacije ostaje nepromijenjena tijekom upotrebe.

U nekim scenarijima primjene, poput rudnika, naftnih polja, građevinskih terena i privremenih scenarija održavanja snabdijevanja strujom, s napredovanjem građevinskog procesa, lokacija prefabricirane podstanice često mora biti promijenjena. Postoje dvije vrste mobilnih prefabriciranih podstanica: prefabricirane podstanice na kotačima i prefabricirane podstanice na kliziču. Kada je potrebno pomjeriti položaj prefabricirane podstanice, može se povući i prijevoziti koristeći prikopnu prikopnicu ili poluprikopnicu.

4) Klasifikacija prema materijalu korištenom za izradu kutije

Prema različitim materijalima korištenim za izradu kutije prefabriciranih podstanica, one mogu biti kategorizirane u tip od plastične ploče, nemetalne tip, nerđajuće čelikove ploče, aluminijumsko legirane tip, bočane čelikove kompozitne ploče, Jinbang ploče, magnezijum-aluminijum-cink-galvanizirane ploče, kontejnerski tip itd. Glavna karakteristika je da se materijali ili strukturne forme kutija prefabriciranih podstanica razlikuju, što može zadovoljiti različite potrebe korisnika ili zahtjeve za upotrebom.

5) Klasifikacija prema izgledu kutije ili stupnju usklađenosti s okruženjem

Prema posebnim zahtjevima prefabriciranih podstanica za okruženje upotrebe, one se mogu dalje podijeliti na obične tip, pejzažni tip (na primjer, površina kutije ima stilove kojima se prate tradicionalne kineske arhitekture, europske arhitekture, umjetničke modele ili pričvršćene pejzažne slike), itd. Na primjer, prefabricirana podstacija korištena u parku ima oblik paviljona ili zgrade koja se slaže s okruženjem parka, a njegova površina je dekorirana pejzažnim slikama ili različitim tonovima boja.

6) Klasifikacija prema različitim metodama instalacije

Prema stupnju kombinacije prefabricirane podstanice i temelja, ona se može podijeliti u prefabricirane podstanice na površini, polu-zapadne prefabricirane podstanice i potpuno zapadne prefabricirane podstanice.Prefabricirana podstacija na površini instalira cijelu prefabriciranu podstanicu na vrhu temelja. U polu-zapadnoj prefabriciranoj podstanci, visokonaponska soba prekidača i niskonaponska soba prekidača od tri osnovne funkcionalne sobe nalaze se iznad temelja, dok je soba transformatora ispod i potonula u temelj.

Ukupni volumen proizvoda je relativno mali. Potpuno zapadna prefabricirana podstacija znači da ceo proizvod potoni u temelj, s izloženim samo otvorima za inspekciju ili ventilacijskim otvorima iznad temelja. Ovaj tip proizvoda posebno je prikladan za centar grada ili gušće naseljene centralne zone, smanjujući vizualni utjecaj proizvoda na okruženje upotrebe i povećavajući sigurnost i pouzdanost operacije proizvoda.

7) Klasifikacija prema različitim metodama rasporeda funkcionalnih soba

Prema različitim rasporedima ili kombinacijama tri osnovne funkcionalne sobe (visokonaponska soba, niskonaponska soba i soba transformatora) prefabriciranih podstanica, one se mogu dalje podijeliti u prefabricirane podstanice u obliku "oka", prefabricirane podstanice u obliku "igle", prefabricirane podstanice u obliku "H", prefabricirane podstanice u obliku "tehtera", prefabricirane podstanice u obliku "polja", itd.

U prefabriciranoj podstanci u obliku "oka", soba transformatora je raspoređena u sredini, dok su visokonaponska soba i niskonaponska soba raspoređene na obje strane. Njegov ukupni raspored sličan je "kineskim znakovima" u kineskom jeziku. U prefabriciranoj podstanci u obliku "igle", tri funkcionalne sobe su raspoređene zajedno, slično obliku kineskog znaka "".

U prefabriciranoj podstanci u obliku "H", visokonaponska soba i niskonaponska soba su izrađene u odvojene kutije, a žive dijelove tekućinsko-hladnog transformatora potpuno su zatvoreni i postavljeni između dvije kutije. Također, na obje strane transformatora koristi se mrežna zaštita za jednostavnu zaštitu i izolaciju, što poboljšava uvjete hlađenja tijekom rada transformatora. U prefabriciranoj podstanci u obliku "tehtera", zapravo postoji skup visokonaponskih sklopova prekidača, dva skupa transformatora i niskonaponskih sklopova prekidača.

Visokonaponska soba nalazi se u sredini kutije, dok su soba transformatora i niskonaponska soba redom na obje strane sobe transformatora. Ukupni raspored svake funkcionalne sobe ima oblik "tehtera". U prefabriciranoj podstanci u obliku "polja", niskonaponska soba je podijeljena u dvije neovisne komore (niskonaponska soba prekidača i soba automatizacije). Zajedno s visokonaponskom sobom i sobom transformatora, ukupni raspored dobiva oblik kineskog znaka “Riječ”.

8) Klasifikacija prema navikovima označavanja

Prema glavnim karakteristikama i navikovima označavanja proizvoda, prefabricirane podstanice su podijeljene u europske podstanice, američke podstanice i kineske podstanice.

Ključne jedinice (visokonaponski prekidači, niskonaponski prekidači, transformatori) prefabriciranih podstanica su sve standardne proizvodi koji su finalizirani nakon tipskog testiranja. Početno su uglavnom uvedeni iz europskih zemalja poput Njemačke, pa se obično nazivaju "europske podstanice". Njihove glavne karakteristike uključuju interakciju i kombinaciju ključnih komponenti, fleksibilne i promjenjive dizajnske sheme, te relativno lakše proširenje kapaciteta transformatora. Trenutno su široko korišteni i u distribucijskoj mreži i u sistemima proizvodnje električne energije.

Prema standardu JB/T 10217, američka podstacija je prefabricirana podstacija u kojoj je visokonaponski prekidač instaliran u nafte tanku transformatora, a nafte se koristi kao izolacijsko i gasilacko sredstvo, dok je niskonaponski prekidač instaliran u niskonaponskoj kutiji. Na primjer, 10 kV ekonomična prefabricirana podstacija koju predstavlja američka Cooper Company obično se naziva "američka podstacija".

Glavna karakteristika američke podstanice je da su visokonaponski preopterećeni prekidač, jezgra transformatora, bobina itd. potopljeni u istu nafte tanku, a nafte se zajednički koristi kao izolacijsko, gasilacko i hladilno sredstvo. Koristi se zaštitom dvostrukog prekidača, a prekidači imaju dvostruko osjetljive karakteristike struje i temperature, što značajno povećava osjetljivost i pouzdanost zaštite transformatora. Glavne prednosti američkih podstanica su mali volumen, kompaktna struktura, jednostavnost i ekonomija.

Međutim, njihovi nedostaci su također vidljivi, poput brzog pada izolacijskih svojstava nafte, jednostavne sheme i niske fleksibilnosti. Luka generirana pri prekidu i zatvaranju visokonaponskog prekidača može uzrokovati deteroraciju kvalitete nafte. Trenutno, 10 kV američke podstanice rijetko se koriste u distribucijskoj mreži i klasificirane su kao proizvodi koje se faza ili ograničavaju.

Nakon modifikacije i nadogradnje, 10 kV američke podstanice su povećale nivo napona na 35 kV i primijenjene u sistemima proizvodnje nove energije. Zbog kompaktne strukture, malog prostornog zahtjeva i niske troškove proizvodnje, sve više se promoviraju i koriste.

U posljednjih nekoliko godina, prefabricirane podstanice korištene u sistemima nove energije, poput vjetra i fotovoltaične proizvodnje, uglavnom služe za prijenos električne energije sa strane proizvodnje s nižim nivoom napona do 35 kV visokonaponske podstanice. Kapacitet transformatora postaje sve veći. Ako je dizajniran u obliku "europskih podstanica", transformator je instaliran u sobu transformatora na zatvoreni način, a teško je ispraviti generirano toploto van.

Za rješavanje ovog problema potrebna je dodatna oprema, poput ventilatora ili razmjenača topline. Stoga je nastala prefabricirana podstacija s relativno kompaktnom strukturom i tekućinsko-hladnim transformatorom instaliranim van kutije. Njegove glavne karakteristike su: transformator je instaliran vani, što rješava probleme zaštite i hlađenja transformatora, a troškovi proizvodnje značajno su smanjeni. Izgleda nešto slično "američkoj podstanci", ali u suštini još uvijek pripada "europskoj podstanci". Kada je prvi put pojavila u industriji, nazvana je "kompaktna prefabricirana podstacija". Budući da je prvi put uspješno razvijena u Kini i primijenjena u stvarnim inženjerskim projektima, u industriji je obično poznata kao "kineska podstacija". Međutim, njegove karakteristike proizvoda više odgovaraju zahtjevima standarda GB/T 40823.

3. Trendovi razvoja prefabriciranih podstanica

Trendovi razvoja prefabriciranih podstanica analiziraju se slijedećim različitim aspektima.

1) Diversifikacija materijala i strukturnih oblika za izradu kutija

Najintuitivnija i najvidljivija promjena je ta da se strukturni oblici kutija prefabriciranih podstanica pokazuju trend diversifikacije, što se može vidjeti iz oblika, boje i materijala kutija. Kutija treba biti u harmoniji s okruženjem. Na primjer, europske podstanice obično su potonule 1 m ispod zemlje, a iznad zemlje dio nije viši od 1,5 m, što ni ne utječe na daleki pogled, niti uzrokuje slučajne ozljede ako djeca igraju penjanjem. Materijali korišteni su nemetalni, koji su ekološki prihvatljivi i lako se uskladjuju s okruženjem.

Uobičajeni materijali za vanjsku ljusku uključuju obične čelikove ploče, nerđajuće čelikove ploče, aluminijumske legirane ploče i bočane čelikove kompozitne ploče. Prije nekoliko godina, ploče armirane staklenim vlaknima, ploče armirane staklenim vlaknima i nemetalni materijali također su došli u upotrebu. Također, može postojati nekoliko materijala na istoj kutiji. Na primjer, vanjska strana obične kutije može biti dekorirana drvenim pločama i glazuranim pločama, a izolacijski materijali poput šumskog guma (EPS), staklenog vlakna, azbesta i aluminijumsilikatne vune koriste se u sloju dvostruke strukture.

U pogledu otpornosti na koroziju, vatru i greške lukove, ljuske od nemetalnih materijala značajno su superiorni ljuskama od metalnih materijala. Neki prefabricirani podstanci koriste Jinbang ploče kao materijal za ljusku, koje su karakteristične po tome što su ekološki prihvatljive, lagane, visokojake, zvučnoprovodne, termički izolirane, vodoodržive, vatroprijepne i korozionootporne.

2) Snažna promocija i primjena prekidača izoliranih SF6 plinom

Za prefabricirane podstanice s nivom napona od 40,5 kV i niže, visokonaponska strana obično koristi prekidače ili preopterećene prekidače izolirane zrakom ili SF6 plinom, a neki proizvodi koriste preopterećene prekidače s nafte kao izolacijskim sredstvom.

U 12 kV prefabriciranim podstancama, budući da je kapacitet transformatora obično ispod 1 250 kV·A, sve više se koriste kombinirani električni uređaji (preopterećeni prekidač + prekidač)