Analyse van classificatie en ontwikkelingstrends van hoogspannings/laagspanningsprefabriekte substations
1. Inleiding
Hoogspannings/laagspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes, ook wel bekend als "geprefabriceerde transformatorhuisjes", worden afgekort tot "prefab transformatorhuisjes" of "boxtransformatorhuisjes". In China werden ze in het verleden met verschillende namen aangeduid, zoals "gecombineerde transformatorhuisjes", "gecombineerde transformatoren", "fabrieksgemonteerde compacte transformatorhuisjes", "boxtype hoogspannings elektriciteitsontvangstunits" en "geprefabriceerde compacte transformatorhuisjes". In november 1995 noemde de Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC) ze officieel "hoogspannings/laagspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes" in de IEC 1330-standaard. De huidige standaard GB/T 17467—2020 Hoogspannings/Laagspannings Geprefabriceerde Transformatorhuisjes gebruikt ook de term "hoogspannings/laagspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes", die in de volgende tekst kortweg "geprefabriceerde transformatorhuisjes" zal worden genoemd.
De belangrijkste kenmerken van geprefabriceerde transformatorhuisjes zijn als volgt:
Het ontwerp en de productie van het product worden binnen de fabriek voltooid.
Geverifieerd door typeproeven zoals gespecificeerd in de standaard GB/T 17467.
Gevalideerd via fabriekstests.
De basisstructuur bestaat uit drie functionele eenheden, namelijk de transformeruimte, de hoogspannings schakelruimte en de laagspannings schakelruimte. De belangrijkste componenten die hierin zijn geassembleerd (volgens de standaard zijn transformatoren, hoogspannings schakelapparatuur, laagspannings schakelapparatuur, etc. gedefinieerd als belangrijke componenten) zijn gekwalificeerd verklaard na zowel typeproeven als fabriekstests. Deze componenten worden met elkaar verbonden zoals vereist en geassembleerd binnen een gemeenschappelijke behuizing of box om zo een geprefabriceerd transformatorhuisje te vormen. Het typische schema wordt geverifieerd door typeproeven overeenkomstig de eisen van GB/T 17467, en wordt vervolgens na het passeren van fabriekstests aan gebruikers geleverd voor installatie en gebruik. Dit vertegenwoordigt de basisstructuur van een typisch geprefabriceerd transformatorhuisje.
In praktische toepassingen worden automatiseringsapparatuur, communicatie-eenheden, videobewakingssystemen, stroomvoorzieningssystemen, brandweersystemen, etc. geïntegreerd in geprefabriceerde transformatorhuisjes, waardoor ze belangrijke componenten of aanvullingen worden om de functionele eisen van geprefabriceerde transformatorhuisjes onder verschillende werkomstandigheden te voldoen.
De voornaamste voordelen van geprefabriceerde transformatorhuisjes omvatten hoge integratie, kleine grondoppervlakte, korte bouwtijd, flexibele locatiekeuze, sterke omgevingsaanpassing, gemakkelijke installatie en gebruik, veilig en betrouwbaar bedrijf, lage investering en snelle resultaten.
In de afgelopen jaren hebben geprefabriceerde transformatorhuisjes een snelle ontwikkeling en brede toepassing ervaren in nieuwe energie-opwekkings- en opslagsystemen zoals windenergie en fotovoltaïsche opwekking, waardoor de overdracht of uitwisseling van elektrische energie mogelijk is geworden.
Toepassingsgebieden van geprefabriceerde transformatorhuisjes: In het distributienetwerk realiseren geprefabriceerde transformatorhuisjes de distributie van elektrische energie door middel van spanningsvermindering om aan de eisen van eindgebruikers te voldoen; in het opwekkingsysteem realiseren ze de overdracht van elektrische energie van de opwekkant naar het netwerk door middel van spanningsverhoging en aansluiting op het netwerk.
De nominale vermogenscapaciteit en spanningniveau van de transformer in geprefabriceerde transformatorhuisjes zijn belangrijke indicatoren voor het meten van de schaal en configuratie van het transformatorhuisje. Over het algemeen, voor geprefabriceerde transformatorhuisjes met een transformer-vermogenscapaciteit van ongeveer 10.000 kV·A en een spanningniveau van 40,5 kV en lager, worden de transformer en schakelapparatuur of andere apparatuur geassembleerd tot een geheel, of aparte modules naar de plaats van bestemming vervoerd en vervolgens tot een geheel geassembleerd.
Wanneer de transformer-capaciteit 31.500 kV·A overschrijdt, worden de bijbehorende schakelapparatuur en andere hulpapparatuur geïnstalleerd binnen de box van het geprefabriceerde transformatorhuisje, terwijl de hoofdtransformatoren buiten worden geïnstalleerd. Er zijn twee of meer hoofdtransformatoren, die uiteindelijk worden verbonden om een compleet transformatorhuisje te vormen, waardoor de overdracht of uitwisseling van elektrische energie mogelijk wordt. Dit artikel classificeert geprefabriceerde transformatorhuisjes op basis van aspecten zoals de richting van de industrieontwikkeling of de belangrijkste kenmerken van het product, en analyseert hun ontwikkelingstrends binnen het veld van transformatorhuisjes.
2. Conventionele Classificatiemethoden voor Geprefabriceerde Transformatorhuisjes
In praktische toepassingen variëren geprefabriceerde transformatorhuisjes aanzienlijk wat betreft de nominale vermogenscapaciteit en structuurkenmerken van de transformer, het nominale spanningniveau, de belangrijkste componenten, het materiaal en de structuur van de box, de toepassingsgebieden en de primaire doeleinden. Bovendien verschillen de industrie-normen en productverificatiemethoden ook vanwege verschillen in toepassingsgebieden. Hieronder worden geprefabriceerde transformatorhuisjes geclassificeerd vanuit verschillende dimensies of op basis van hun belangrijkste kenmerken.
1) Classificatie op Basis van het Nominale Spanningniveau aan de Hoogspanningszijde
Geprefabriceerde transformatorhuisjes worden geclassificeerd op basis van het nominale spanningniveau aan de hoogspanningszijde in: hoogspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes, middenspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes en laagspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes. Het nominale spanningniveau aan de hoogspanningszijde van hoogspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes is 110 kV en hoger, dat van middenspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes varieert van 3,6 tot 40,5 kV, en dat van laagspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes is 1,14 kV en lager.
Hoogspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes worden meestal in de buurt van het centrum van de elektrische belasting geïnstalleerd. Ze nemen vaak een constructiemodus voor transformatorhuisjes aan die modulaire fabricage combineert met ter plaatse bouwen. Ze kenmerken zich door een hoog spanningniveau aan de hoogspanningszijde van de transformer, een grote eenheidscapaciteit, en een relatief groot aantal primaire en secundaire ondersteunende apparatuur.
Middenspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes worden meestal gebruikt in opwekkingsystemen, aan de terminals van het distributienetwerk, of in tijdelijke stroomvoorzieningsscenario's. Hun schemaconfiguratie is relatief eenvoudig, de transformer-capaciteit is relatief klein, en het fabricageproces is relatief eenvoudig. Laagspannings geprefabriceerde transformatorhuisjes installeren meestal secundaire controleapparatuur, hulpapparatuur, of laagspannings schakelapparatuur binnen om specifieke functionele eisen te voldoen.
2) Classificatie op Basis van het Gebruik of Installatieomgeving
Ze worden ingedeeld in binnen-geprefabriceerde transformatorhuisjes en buiten-geprefabriceerde transformatorhuisjes op basis van het gebruik of installatieomgeving. De meestal genoemde geprefabriceerde transformatorhuisjes verwijzen meestal naar de buitenvariant. Bovendien, in sommige fabrieken, gebouwen, of naast binnengelegen elektrische apparatuur met een relatief kleine stroombelasting, zijn de bijbehorende geprefabriceerde transformatorhuisjes binnen-geprefabriceerde transformatorhuisjes. Hun gebruiksomgeving of beschermingsniveau is relatief beter dan dat van buiten-geprefabriceerde transformatorhuisjes, en het product zelf heeft iets lagere eisen voor milieubescherming en veiligheid.
3) Classificatie op Basis van de Productinstallatiemethode
Ze worden ingedeeld in vaste geprefabriceerde transformatorhuisjes en mobiele geprefabriceerde transformatorhuisjes op basis van de productinstallatiemethode. Meestal worden geprefabriceerde transformatorhuisjes vast geïnstalleerd op de fundering, en hun installatiepositie blijft tijdens het gebruik onveranderd.
In sommige toepassingsscenario's, zoals mijnen, olievelden, bouwplaatsen, en tijdelijke onderhoudsstroomvoorzieningsscenario's, moet de locatie van het geprefabriceerde transformatorhuisje vaak worden verplaatst naarmate de bouwvoortgang vordert. Er zijn twee soorten mobiele geprefabriceerde transformatorhuisjes: wielgebaseerde geprefabriceerde transformatorhuisjes en skidgebaseerde geprefabriceerde transformatorhuisjes. Wanneer de stroomvoorzieningspositie van het geprefabriceerde transformatorhuisje moet worden verplaatst, kan het worden getrokken en vervoerd met behulp van een aanhangwagen of semi-aanhangwagen.
4) Classificatie op Basis van het Materiaal dat voor de Boxfabricage wordt Gebruikt
Op basis van de verschillende materialen die worden gebruikt bij de fabricage van de box van geprefabriceerde transformatorhuisjes, kunnen ze worden ingedeeld in staalplaattype, niet-metallisch type, roestvrijstaalplaattype, aluminiumlegeringstype, kleurstaalcomposietplaattype, Jinbangplaattype, magnesium-aluminium-zinkgegalvaniseerd plaattype, container-type, enz. Het belangrijkste kenmerk is dat de materialen of structuurvormen van de boxen van geprefabriceerde transformatorhuisjes variëren, wat kan voldoen aan de verschillende behoeften van gebruikers of gebruikseisen.
5) Classificatie op Basis van de Boxuitstraling of de Mate van Aansluiting bij de Omgeving
Op basis van de speciale eisen van geprefabriceerde transformatorhuisjes voor de omliggende gebruiksomgeving, kunnen ze verder worden ingedeeld in normaal type, landschapstype (bijvoorbeeld, de boxoppervlakte heeft stijlen die Chinese oude architectuur, Europese architectuur, artistieke modellering, of aangebrachte landschapsschilderingen imiteren), enz. Bijvoorbeeld, het geprefabriceerde transformatorhuisje dat in een park wordt gebruikt, heeft de vorm van een paviljoen of een gebouw dat past bij de parkomgeving, en het oppervlak is versierd met landschapsschilderingen of verschillende kleurtinten.
6) Classificatie op Basis van Verschillende Installatiemethoden
Op basis van de mate van combinatie tussen het geprefabriceerde transformatorhuisje en de fundering, kan het worden ingedeeld in bovengrondse geprefabriceerde transformatorhuisjes, half-ingegraven geprefabriceerde transformatorhuisjes, en volledig ingegraven geprefabriceerde transformatorhuisjes. Een bovengrondse geprefabriceerde transformatorhuis installeert het hele geprefabriceerde transformatorhuis op de fundering. In een half-ingegraven geprefabriceerde transformatorhuis bevinden de hoogspannings schakelruimte en laagspannings schakelruimte zich boven de fundering, terwijl de transformeruimte zich onder de fundering bevindt en erin zakt.
Het totale volume van het product is relatief klein. Een volledig ingegraven geprefabriceerde transformatorhuis betekent dat het hele product in de fundering zinkt, met alleen inspectieputopeningen of ventilatiegaten die boven de fundering blootliggen. Dit type product is bijzonder geschikt voor het stadscentrum of dichtbevolkte kerngebieden, waardoor de visuele impact van het product op de gebruiksomgeving wordt verminderd en de veiligheid en betrouwbaarheid van het productbedrijf wordt verhoogd.
7) Classificatie op Basis van Verschillende Schikkingen van Functionele Ruimten
Op basis van de verschillende schikkingen of combinaties van de drie basisfunctieruimten (hoogspanningsruimte, laagspanningsruimte en transformeruimte) van geprefabriceerde transformatorhuisjes, kunnen ze verder worden ingedeeld in "oog"-vormige geprefabriceerde transformatorhuisjes, "speld"-vormige geprefabriceerde transformatorhuisjes, "H"-vormige geprefabriceerde transformatorhuisjes, "dumbbell"-vormige geprefabriceerde transformatorhuisjes, "veld"-vormige geprefabriceerde transformatorhuisjes, enz.
In de "oog"-vormige geprefabriceerde transformatorhuizen is de transformeruimte in het midden geplaatst, terwijl de hoogspanningsruimte en de laagspanningsruimte aan weerszijden zijn geplaatst. De totale indeling lijkt op de "Chinese karakters" in Chinese karakters. In een "speld"-vormige geprefabriceerde transformatorhuizen zijn de drie functieruimten samen geplaatst, vergelijkbaar met de vorm van het Chinese karakter "针".
In de "H"-vormige geprefabriceerde transformatorhuizen worden de hoogspanningsruimte en de laagspanningsruimte in aparte boxen gemaakt, en de levende delen van de vloeistofgedoopte transformer zijn volledig afgesloten en geplaatst tussen de twee boxen. Daarnaast wordt aan beide zijden van de transformer een rasterafscherming toegepast voor eenvoudige bescherming en isolatie, wat de koelcondities tijdens het bedrijf van de transformer verbetert. In een "dumbbell"-vormige geprefabriceerde transformatorhuizen is er eigenlijk een set hoogspannings schakelkasten, twee sets transformers en laagspannings schakelkasten. De hoogspanningsruimte bevindt zich in het midden van de box, terwijl de transformeruimte en de laagspanningsruimte respectievelijk aan weerszijden van de transformeruimte liggen. De totale indeling van elke functieruimte heeft de vorm van een "dumbbell". In een "veld"-vormige geprefabriceerde transformatorhuizen is de laagspanningsruimte verdeeld in twee onafhankelijke compartimenten (de laagspannings schakelruimte en de automatiseringsruimte). Samen met de hoogspanningsruimte en de transformeruimte neemt de totale indeling de vorm aan van het Chinese karakter "场".
8) Classificatie op Basis van Gewoonte-Aanduidingen
Op basis van de belangrijkste kenmerken en gewoonte-aanduidingen van het product, worden geprefabriceerde transformatorhuizen ingedeeld in Europese-stijl transformatorhuizen, Amerikaanse-stijl transformatorhuizen, en Chinese-stijl transformatorhuizen.
De belangrijkste eenheden (hoogspannings schakelapparatuur, laagspannings schakelapparatuur, transformers) van geprefabriceerde transformatorhuizen zijn allemaal standaardproducten die na typeproeven zijn afgerond. Aanvankelijk werden ze voornamelijk geïntroduceerd uit Europese landen zoals Duitsland, ook bekend als "Europese-stijl transformatorhuizen". Hun belangrijkste kenmerken zijn de interconnectie en combinatie van belangrijke componenten, flexibele en wisselbare ontwerpschema's, en relatief gemakkelijke capaciteitsexpansie van de transformer. Momenteel worden ze wijdverspreid gebruikt in zowel het distributienetwerk als opwekkingsystemen.
Volgens de standaard JB/T 10217, is een Amerikaanse-stijl transformatorhuis een geprefabriceerd transformatorhuis waarin de hoogspannings schakelaar in de transformer olie-tank is geïnstalleerd en de transformer olie wordt gebruikt als isolatiemiddel en boogdoofmiddel, terwijl de laagspannings schakelaar in de laagspannings box is geïnstalleerd. Bijvoorbeeld, de 10 kV economische geprefabriceerde transformatorhuizen die worden vertegenwoordigd door het Amerikaanse Cooper Bedrijf, staan bekend als "Amerikaanse-stijl transformatorhuizen".
Het belangrijkste kenmerk van een Amerikaanse-stijl transformatorhuis is dat de hoogspannings belastingschakelaar, transformer kern, spoel, etc. in dezelfde olie-tank worden gedoopt, en de transformer olie wordt gezamenlijk gebruikt als isolatiemiddel, boogdoofmiddel en koelmiddel. Het maakt gebruik van dubbele veilschakelaarbescherming, en de veilschakelaars hebben stroom- en temperatuurgevoelige kenmerken, wat de gevoeligheid en betrouwbaarheid van de transformerbescherming aanzienlijk verbetert. De belangrijkste voordelen van Amerikaanse-stijl transformatorhuizen zijn kleine grootte, compacte structuur, eenvoud, en economie.
Echter, hun nadelen zijn ook duidelijk, zoals het snelle afnemen van de isolatieprestaties van de transformer olie, een eenvoudig schema, en lage flexibiliteit. De boog die wordt gegenereerd door het openen en sluiten van de hoogspannings schakelaar zal de kwaliteit van de transformer olie verergeren. Momenteel worden 10 kV Amerikaanse-stijl transformatorhuizen zelden gebruikt in het distributienetwerk en zijn geclassificeerd als producten die worden afgeschafft of beperkt.
Na modificatie en upgraden, zijn 10 kV Amerikaanse-stijl transformatorhuizen het spanningniveau verhoogd tot 35 kV en worden toegepast in nieuwe energie-opwekkingsystemen. Vanwege hun compacte structuur, kleine grondoppervlakte, en lage fabricagekosten, worden ze steeds meer gepromoveerd en gebruikt.
In de afgelopen jaren fungeren de geprefabriceerde transformatorhuizen die in nieuwe energie-systemen zoals windenergie en fotovoltaïsche opwekking worden gebruikt, voornamelijk om elektrische energie met een lager spanningniveau van de opwekkant naar een 35 kV hoogspannings substation te transporteren. De transformer-capaciteit wordt steeds groter. Als deze in de vorm van "Europese-stijl transformatorhuizen" wordt ontworpen, is de transformer in de transformeruimte gesloten geïnstalleerd, en is het moeilijk om de geproduceerde warmte naar buiten af te voeren.
Extra apparatuur zoals ventilatoren of warmtewisselaars is nodig om dit probleem op te lossen. Daarom is een geprefabriceerd transformatorhuis met een relatief compacte structuur en een vloeistofgedoopte transformer die buiten de box is geïnstalleerd, ontstaan. De belangrijkste kenmerken zijn: de transformer is buiten geïnstalleerd, wat de problemen van veiligheidsbescherming en warmteafvoer van de transformer oplost, en de fabricagekosten zijn aanzienlijk verlaagd. Het lijkt enigszins op een "Amerikaanse-stijl transformatorhuis" in uiterlijk, maar hoort in wezen nog steeds tot een "Europese-stijl transformatorhuis". Toen het voor het eerst in de industrie verscheen, werd het een "compact geprefabriceerd transformatorhuis" genoemd. Omdat het voor het eerst succesvol in China is ontwikkeld en in echte projecten is toegepast, staat het bekend als een "Chinese-stijl transformatorhuis" in de industrie. Echter, de productkenmerken voldoen meer aan de eisen van de GB/T 40823-standaard.
3. Ontwikkelingstrends van Geprefabriceerde Transformatorhuizen
De ontwikkelingstrends van geprefabriceerde transformatorhuizen worden geanalyseerd vanuit de volgende verschillende aspecten.
1) Diversificatie van Boxfabricagematerialen en Structuurvormen
De meest intuïtieve en opvallende verandering is dat de structuurvormen van de boxen van geprefabriceerde transformatorhuizen een trend van diversificatie laten zien, wat kan worden waargenomen aan de vorm, kleur en materialen van de boxen. De box moet in harmonie zijn met de omringende omgeving. Bijvoorbeeld, Europese-stijl transformatorhuizen zakken meestal 1 m onder de grond, en het bovengrondse deel is niet hoger dan 1,5 m, wat noch het uitzicht op afstand beïnvloedt, noch ongelukken veroorzaakt als kinderen erop klimmen om te spelen. De gebruikte materialen zijn niet-metallisch, wat milieuvriendelijk is en gemakkelijk kan worden aangepast aan de omringende omgeving.
Gewone materialen voor de buitenkant omvatten gewone staalplaten, roestvrijstaalplaten, aluminiumlegeringplaten en kleurstaalcomposietplaten. Jaren geleden kwamen glasvezelversterkte cementplaten, glasvezelversterkte kunststofplaten en niet-metallische materialen ook in gebruik. Bovendien kunnen er meerdere materialen op dezelfde box zijn. Bijvoorbeeld, de buitenkant van een normale box kan worden versierd met houten panelen en glazuur tegeldecoratiepanelen, en warmte-isolerende materialen zoals expandable polystyreen (EPS), glasvezel, asbest en aluminiumsilicaatwol worden gebruikt in de tussenlaag van de dubbele laagstructuur.
Wat betreft corrosiebestendigheid, brandbestendigheid en bestendigheid tegen foutboog, zijn niet-metallische materialen significant superieur aan metallische materialen. Sommige geprefabriceerde transformatorhuizen gebruiken Jinbang platen als het behuizingsmateriaal, die gekenmerkt worden door milieuvriendelijk, lichtgewicht, hoogwaardig, geluidsisolerend, warmte-isolerend, waterbestendig, brandbestendig en corrosiebestendig.
2) Sterke Promotie en Toepassing van SF6 Gasgeïsoleerde Schakelapparatuur
Voor geprefabriceerde transformatorhuizen met een spanningniveau van 40,5 kV en lager, wordt de hoogspanningszijde meestal beschermd door circuitbrekers of belastingschakelaars geïsoleerd door lucht of SF6 gas, en sommige producten gebruiken belastingschakelaars met transformer olie als isolatiemiddel.
In 12 kV geprefabriceerde transformatorhuizen, aangezien de transformer-capaciteit meestal onder 1.250 kV·A ligt, worden gecombineerde elektrische apparatuur (belastingschakelaar + veilschakelaar) of belastingschakelaars steeds vaker gebruikt. Wanneer een circuitbreker wordt gebruikt om de transformer te beschermen, is de tijd om de defectieve lijn te doorsnijden iets langer, wat niet gunstig is voor de bescherming van belangrijke apparatuur (zoals de transformer). Echter, de veilschakelaar in de gecombineerde elektrische apparatuur kan de storingstroom binnen 20 ms doorsnijden.
De belastingschakelaareenheden voor het 12 kV spanningniveau omvatten gasproducerende belastingschakelkasten, vacuümcircuitbrekerschakelkasten, vacuümbelastingschakelkasten en SF6 gasgeïsoleerde schakelapparatuur. Momenteel wordt SF6 gasgeïsoleerde schakelapparatuur het meest toegepast in geprefabriceerde transformatorhuizen, en heeft meer duidelijke voordelen op het gebied van hoogte, betrouwbaarheid, veiligheid, grootte en speciale toepassingsomgevingen.
3) Verbetering van Transformerprestaties en Ventilatie en Warmteafvoer
In 12 kV geprefabriceerde transformatorhuizen worden veel gebruikte transformers vloeistofgedoopte transformers en drogetransformers, en hun isolatieprestaties en leegloop- en bel
