Analisis Klasifikasi dan Tren Pengembangan Substasiun Prafabrikasi Tegangan Tinggi/Tegangan Rendah

1. Pendahuluan

Pengubah tegangan tinggi/rendah pra-rakit, umumnya dikenal sebagai "pengubah pra-rakit", disingkat menjadi "pengubah kotak" atau "pengubah kontainer". Di Cina, mereka sebelumnya disebut dengan berbagai nama seperti "pengubah kombinasi", "transformator kombinasi", "pengubah kompak pabrik-assembled", "unit penerimaan daya tegangan tinggi tipe kotak", dan "pengubah kompak pra-rakit". Pada November 1995, Komisi Elektroteknik Internasional (IEC) secara resmi menamainya "pengubah tegangan tinggi/rendah pra-rakit" dalam standar IEC 1330. Standar saat ini GB/T 17467—2020 Pengubah Tegangan Tinggi/Rendah Pra-Rakit juga mengadopsi istilah "pengubah tegangan tinggi/rendah pra-rakit", yang akan disebut sebagai "pengubah pra-rakit" untuk singkatnya dalam teks berikut.

Ciri-ciri utama pengubah pra-rakit adalah sebagai berikut:

• Desain dan manufaktur produk diselesaikan di dalam pabrik.

• Diverifikasi melalui uji tipe sesuai dengan standar GB/T 17467.

• Divalidasi melalui uji pabrik.

Komposisi dasarnya terdiri dari tiga unit fungsional, yaitu ruang transformator, ruang saklar tegangan tinggi, dan ruang saklar tegangan rendah. Komponen kunci yang dirakit di dalam (dalam standar, transformator, peralatan saklar tegangan tinggi, peralatan saklar tegangan rendah, dll. didefinisikan sebagai komponen kunci) telah diverifikasi sebagai lulus baik melalui uji tipe maupun uji pabrik. Komponen-komponen ini dihubungkan satu sama lain sesuai kebutuhan dan dirakit dalam rumah atau kotak bersama untuk membentuk produk pengubah pra-rakit. Skema tipikal diverifikasi melalui uji tipe sesuai dengan persyaratan GB/T 17467, dan kemudian dikirim kepada pengguna untuk dipasang dan digunakan setelah lulus uji pabrik. Ini mewakili bentuk struktural dasar pengubah pra-rakit tipikal.

Dalam aplikasi praktis, perangkat otomasi, unit komunikasi, sistem pemantauan video, sistem sumber daya kontrol, sistem pemadam kebakaran, dll. diintegrasikan ke dalam pengubah pra-rakit, menjadi komponen atau pelengkap penting untuk memenuhi persyaratan fungsional pengubah pra-rakit dalam kondisi kerja yang berbeda.

Keuntungan utama pengubah pra-rakit termasuk integrasi tinggi, area lahan kecil, periode konstruksi pendek, seleksi lokasi fleksibel, adaptabilitas lingkungan kuat, instalasi dan penggunaan yang mudah, operasi aman dan andal, investasi rendah, dan hasil cepat.

Dalam beberapa tahun terakhir, pengubah pra-rakit telah mengalami perkembangan pesat dan penerapan luas di bidang pembangkit listrik energi baru dan penyimpanan energi seperti tenaga angin dan fotovoltaik, memungkinkan transmisi atau pertukaran energi listrik.

Skenario aplikasi pengubah pra-rakit: Dalam jaringan distribusi, pengubah pra-rakit mencapai distribusi energi listrik melalui penurunan tegangan untuk memenuhi persyaratan pengguna akhir; dalam sistem pembangkitan, mereka mewujudkan transmisi energi listrik dari sisi pembangkitan ke jaringan melalui peningkatan tegangan dan penghubungan jaringan.

Kapasitas nominal dan tingkat tegangan transformator yang dipasang di pengubah pra-rakit adalah indikator penting untuk mengukur skala dan konfigurasi pengubah. Secara umum, untuk pengubah pra-rakit dengan kapasitas transformator nominal sekitar 10.000 kV·A dan tingkat tegangan 40,5 kV dan di bawahnya, transformator dan peralatan saklar atau peralatan lainnya dirakit menjadi satu kesatuan, atau dibawa ke lokasi dalam modul terpisah dan kemudian dirakit menjadi satu kesatuan.

Ketika kapasitas transformator melebihi 31.500 kV·A, peralatan saklar pendukung dan peralatan bantu lainnya dipasang di dalam kotak pengubah pra-rakit, sementara transformator utama dipasang di luar ruangan. Ada dua atau lebih transformator utama, yang akhirnya dihubungkan untuk membentuk substation lengkap, sehingga memungkinkan transmisi atau pertukaran energi listrik.Artikel ini mengklasifikasikan pengubah pra-rakit dari aspek arah perkembangan industri atau ciri-ciri utama produk, dan menganalisis tren perkembangannya dalam bidang substation.

2. Metode Klasifikasi Konvensional Pengubah Pra-Rakit

Dalam aplikasi praktis, pengubah pra-rakit bervariasi signifikan dalam hal kapasitas nominal dan karakteristik struktural transformator, tingkat tegangan nominal, komponen kunci, bahan dan bentuk struktural kotak, skenario aplikasi, dan tujuan utama. Selain itu, karena perbedaan dalam bidang aplikasi, standar industri dan metode verifikasi produk juga berbeda. Berikut ini mengklasifikasikan pengubah pra-rakit dari berbagai dimensi atau berdasarkan ciri-ciri utamanya.

1) Klasifikasi Berdasarkan Tingkat Tegangan Nominal Sisi Tegangan Tinggi

Pengubah pra-rakit diklasifikasikan berdasarkan tingkat tegangan nominal sisi tegangan tinggi menjadi: pengubah pra-rakit tegangan tinggi, pengubah pra-rakit tegangan menengah, dan pengubah pra-rakit tegangan rendah. Tingkat tegangan sisi tegangan tinggi pengubah pra-rakit tegangan tinggi adalah 110 kV dan di atasnya, pengubah pra-rakit tegangan menengah berkisar antara 3,6 hingga 40,5 kV, dan pengubah pra-rakit tegangan rendah adalah 1,14 kV dan di bawahnya.

Pengubah pra-rakit tegangan tinggi biasanya dipasang dekat pusat beban listrik. Mereka sering menggunakan mode konstruksi substation yang menggabungkan manufaktur modular dengan konstruksi di tempat. Mereka memiliki tingkat tegangan tinggi pada sisi tegangan tinggi transformator, kapasitas tunggal besar, dan jumlah peralatan pendukung primer dan sekunder yang relatif banyak.

Pengubah pra-rakit tegangan menengah biasanya digunakan dalam sistem pembangkitan listrik, di terminal jaringan distribusi, atau dalam skenario pasokan listrik sementara. Konfigurasinya relatif sederhana, kapasitas transformator relatif kecil, dan proses manufaktur relatif sederhana.Pengubah pra-rakit tegangan rendah biasanya memasang peralatan kontrol sekunder, peralatan bantu, atau peralatan saklar tegangan rendah di dalamnya untuk memenuhi persyaratan fungsional tertentu.

2) Klasifikasi Berdasarkan Penggunaan atau Lingkungan Pemasangan

Mereka diklasifikasikan menjadi pengubah pra-rakit indoor dan pengubah pra-rakit outdoor berdasarkan penggunaan atau lingkungan pemasangan. Pengubah pra-rakit yang sering disebut biasanya merujuk pada tipe outdoor. Selain itu, di beberapa pabrik, bangunan, atau di samping peralatan listrik indoor dengan beban daya yang relatif kecil, pengubah pra-rakit pendukung adalah pengubah pra-rakit indoor. Lingkungan penggunaan atau tingkat perlindungan mereka relatif lebih baik daripada pengubah pra-rakit outdoor, dan produk itu sendiri memiliki persyaratan yang sedikit lebih rendah untuk perlindungan lingkungan dan keamanan.

3) Klasifikasi Berdasarkan Metode Pemasangan Produk

Mereka diklasifikasikan menjadi pengubah pra-rakit tetap dan pengubah pra-rakit mobile berdasarkan metode pemasangan produk. Secara umum, pengubah pra-rakit dipasang tetap di fondasi, dan posisi pemasangannya tidak berubah selama penggunaan.

Dalam beberapa skenario aplikasi, seperti tambang, lapangan minyak, lokasi konstruksi, dan skenario pasokan listrik sementara untuk perawatan, seiring kemajuan konstruksi, lokasi pengubah pra-rakit sering perlu diubah. Ada dua jenis pengubah pra-rakit mobile: pengubah pra-rakit beroda dan pengubah pra-rakit berlandasan. Ketika posisi pasokan listrik pengubah pra-rakit perlu dipindahkan, ia dapat ditunda dan diangkut menggunakan trailer atau semi-trailer.

4) Klasifikasi Berdasarkan Bahan Pembuatan Kotak

Berdasarkan bahan yang berbeda yang digunakan dalam pembuatan kotak pengubah pra-rakit, mereka dapat dikategorikan menjadi tipe pelat baja, tipe non-logam, tipe pelat stainless steel, tipe aluminium alloy, tipe pelat komposit warna baja, tipe pelat Jinbang, tipe pelat dilapisi magnesium-aluminium-seng, tipe kontainer, dll. Ciri utamanya adalah bahan atau bentuk struktural kotak pengubah pra-rakit bervariasi, yang dapat memenuhi kebutuhan pengguna yang berbeda atau persyaratan penggunaan.

5) Klasifikasi Berdasarkan Penampilan Kotak atau Tingkat Keserasian dengan Lingkungan

Berdasarkan persyaratan khusus pengubah pra-rakit terhadap lingkungan penggunaan sekitarnya, mereka dapat dibagi lebih lanjut menjadi tipe biasa, tipe lanskap (misalnya, permukaan kotak memiliki gaya yang meniru arsitektur kuno Cina, arsitektur Eropa, model seni, atau lukisan lanskap yang dilekatkan), dll. Misalnya, pengubah pra-rakit yang digunakan di taman memiliki bentuk paviliun atau bangunan yang sesuai dengan lingkungan taman, dan permukaannya dihias dengan lukisan lanskap atau nada warna yang berbeda.

6) Klasifikasi Berdasarkan Metode Pemasangan yang Berbeda

Berdasarkan tingkat kombinasi antara pengubah pra-rakit dan fondasi, ia dapat dibagi menjadi pengubah pra-rakit di atas tanah, pengubah pra-rakit setengah terbenam, dan pengubah pra-rakit sepenuhnya terbenam.Pengubah pra-rakit di atas tanah memasang seluruh pengubah pra-rakit di atas fondasi. Dalam pengubah pra-rakit setengah terbenam, ruang saklar tegangan tinggi dan ruang saklar tegangan rendah di antara tiga ruang fungsional dasar berada di atas fondasi, sementara ruang transformator berada di bawah dan tenggelam ke dalam fondasi.

Volume produk secara keseluruhan relatif kecil. Pengubah pra-rakit sepenuhnya terbenam berarti bahwa seluruh produk tenggelam ke dalam fondasi, dengan hanya lubang inspeksi atau lubang ventilasi yang terpapar di atas fondasi. Jenis produk ini sangat cocok untuk pusat kota atau daerah inti yang padat penduduk, mengurangi dampak visual produk terhadap lingkungan penggunaan dan meningkatkan keamanan dan keandalan operasi produk.

7) Klasifikasi Berdasarkan Metode Penataan Ruang Fungsional yang Berbeda

Berdasarkan penataan atau kombinasi yang berbeda dari tiga ruang fungsional dasar (ruang tegangan tinggi, ruang tegangan rendah, dan ruang transformator) pengubah pra-rakit, mereka dapat dibagi lebih lanjut menjadi pengubah pra-rakit bentuk "mata", pengubah pra-rakit bentuk "jarum", pengubah pra-rakit bentuk "H", pengubah pra-rakit bentuk "dumbbell", pengubah pra-rakit bentuk "lapangan", dll.

Dalam pengubah pra-rakit bentuk "mata", ruang transformator disusun di tengah, sementara ruang tegangan tinggi dan ruang tegangan rendah disusun di kedua sisi. Tata letak keseluruhannya mirip dengan "karakter Cina" dalam karakter Cina. Dalam pengubah pra-rakit bentuk "jarum", tiga ruang fungsional disusun bersama, mirip dengan bentuk karakter Cina "".

Dalam pengubah pra-rakit bentuk "H", ruang tegangan tinggi dan ruang tegangan rendah dibuat menjadi kotak terpisah, dan bagian hidup transformator cairan sepenuhnya tertutup dan ditempatkan di antara dua kotak. Selain itu, penghalang jaring diterapkan di kedua sisi transformator untuk perlindungan dan isolasi sederhana, yang meningkatkan kondisi pendinginan selama operasi transformator. Dalam pengubah pra-rakit bentuk "dumbbell", sebenarnya ada satu set rakitan saklar tegangan tinggi, dua set transformator dan rakitan saklar tegangan rendah.

Ruang tegangan tinggi berada di tengah kotak, sementara ruang transformator dan ruang tegangan rendah masing-masing di kedua sisi ruang transformator. Tata letak keseluruhan setiap ruang fungsional berbentuk "dumbbell". Dalam pengubah pra-rakit bentuk "lapangan", ruang tegangan rendah dibagi menjadi dua kompartemen independen (ruang saklar tegangan rendah dan ruang otomatisasi). Bersama dengan ruang tegangan tinggi dan ruang transformator, tata letak keseluruhan mengambil bentuk karakter Cina “Word”.

8) Klasifikasi Berdasarkan Nama Biasa

Berdasarkan ciri-ciri utama dan nama biasa produk, pengubah pra-rakit dibagi menjadi pengubah stasiun Eropa, pengubah stasiun Amerika, dan pengubah stasiun Cina.

Unit kunci (peralatan saklar tegangan tinggi, peralatan saklar tegangan rendah, transformator) pengubah pra-rakit semuanya merupakan produk standar yang telah final setelah uji tipe. Awalnya, mereka sebagian besar diperkenalkan dari negara-negara Eropa seperti Jerman, yang dikenal sebagai "pengubah stasiun Eropa". Ciri utamanya termasuk interkoneksi dan kombinasi komponen kunci, desain skema yang fleksibel dan berubah-ubah, dan ekspansi kapasitas transformator yang relatif mudah. Saat ini, mereka digunakan secara luas baik di jaringan distribusi maupun sistem pembangkitan listrik.

Menurut standar JB/T 10217, pengubah stasiun Amerika adalah pengubah pra-rakit di mana saklar tegangan tinggi dipasang di tangki transformator dan minyak transformator digunakan sebagai media isolasi dan pemadam busur, sementara saklar tegangan rendah dipasang di kotak tegangan rendah. Misalnya, 10 kV ekonomis pengubah pra-rakit yang diwakili oleh Perusahaan Cooper Amerika dikenal sebagai "pengubah stasiun Amerika".