Analiza razvrščanja in razvojnih trendov visokonapetostnih/nizkonapetostnih predizdelanih preobrazovalnic

1. Uvod

Visokonapetostne/nizkonapetostne predelane postaje, znane tudi kot "predelane postaje", so okrajšano označene kot "predelane postaje" ali "postaje v škatli". V Kitajski so jih prej imenovali z različnimi imeni, kot so "kombinirane postaje", "kombinirani transformatorji", "tovarno sestavljene kompaktna postaja", "vrstnična visokonapetostna enota za sprejem električne energije" in "predelana kompaktna postaja". V novembru 1995 je Mednarodna elektrotehnična komisija (IEC) v standardu IEC 1330 uresničila njihovo uvrstitev pod imenom "visokonapetostne/nizkonapetostne predelane postaje". Trenutni standard GB/T 17467—2020 Visokonapetostne/Nizkonapetostne Predelane Postaje uporablja tudi izraz "visokonapetostne/nizkonapetostne predelane postaje", ki bo v nadaljevanju krajše omenjan kot "predelane postaje".

Osnovne značilnosti predelanih postaj so naslednje:

• Izdelava in proizvodnja izdelka sta dokončani v tovarni.

• Preverjeni so tipizacijski preskusi, določeni v standardu GB/T 17467.

• Preverjeni so tudi tovarni preskusi.

Njihova osnovna sestava se sestoji iz treh funkcionalnih enot, in sicer sobe za transformator, visokonapetostne odseke in nizkonapetostne odseke. Ključne komponente, zbrane notranjosti (v standardu so definirani transformatorji, visokonapetostno in nizkonapetostno opremo itd. kot ključne komponente), so bili preverjeni in ugotovljeni kot primerne skozi tipizacijske in tovarne preskuse. Te komponente so povezane med seboj, kot je potrebno, in sestavljene znotraj skupne obloge ali škatle, da tvorijo izdelek predelane postaje. Tipična shema je preverjena s tipizacijskimi preskusi v skladu s predpisi GB/T 17467 in nato po uspešnem prehodu tovarnih preskusov dostavljena uporabnikom za namestitvo in uporabo. To predstavlja osnovno strukturno obliko tipične predelane postaje.

V praksi so v predelane postaje integrirane avtomatske naprave, komunikacijske enote, sistemi videozaznavanja, sistemi za kontrolno napajanje, sistemi za varnost pred požari itd., ki postanejo pomembne komponente ali dopolnila za zadovoljitev funkcionalnih zahtev predelanih postaj v različnih delovnih pogojih.

Glavne prednosti predelanih postaj vključujejo visoko stopnjo integracije, majhen prostorski obseg, kratko obdobje gradnje, fleksibilno izbiro lokacije, močno prilagodljivost okolju, enostavno nameščanje in uporabo, varno in zanesljivo delovanje, nizko vlaganje in hitre rezultate.

V zadnjih letih so predelane postaje doživile hitro razvoj in široko uporabo v novih energetskih virih, kot so vetrne elektrarne in fotovoltaična elektrarna, omogočajo prenos ali izmenjavo električne energije.

Uporabni scenariji predelanih postaj: V distribucijski mreži dosežejo predelane postaje distribucijo električne energije skozi zmanjšanje napetosti, da bi zadovoljile zahteve končnih uporabnikov; v sistemih za generiranje elektrike omogočajo prenos električne energije od strani za generiranje elektrike do mreže skozi povečanje napetosti in priključitev na mrežo.

Nominirana kapaciteta in ravni napetosti transformatorja, nameščenega v predelanih postajah, sta pomembna kazalca za merjenje velikosti in konfiguracije postaje. Običajno, za predelane postaje z nominirano kapaciteto transformatorja okoli 10.000 kV·A in ravnjo napetosti 40,5 kV ali manj, so transformator in komutacijska oprema ali druga oprema sestavljeni v celoto, ali pa so transportirani na lokacijo v ločenih modulih in tam sestavljeni v celoto.

Ko preseže kapaciteta transformatorja 31.500 kV·A, so podporni komutacijska oprema in druga pomočna oprema nameščeni znotraj škatle predelane postaje, medtem ko so glavni transformatorji nameščeni na prostem. Obstajata dva ali več glavnih transformatorjev, ki so na koncu povezani v celotno postajo, s čimer omogočajo prenos ali izmenjavo električne energije.Ta članek razvršča predelane postaje glede na smeri razvoja industrije ali glavne značilnosti izdelka, ter analizira njihove trende razvoja znotraj področja postaj.

2.Običajne metode razvrščanja predelanih postaj

V praksi se predelane postaje bistveno razlikujejo glede na nominirano kapaciteto in strukturne značilnosti transformatorja, ravni nominirane napetosti, ključnih komponent, materiala in strukturne oblike škatle, uporabnih scenarijev in glavnih namenov. Poleg tega se zaradi razlik v uporabnih področjih, industrijskih standardih in metodah preverjanja izdelkov tudi te metode razlikujejo. Spodaj so predelane postaje razvrščene glede na različne dimenzije ali glavne značilnosti.

1) Razvrščanje glede na raven nominirane visokonapetostne strani

Predelane postaje so razvrščene glede na raven nominirane napetosti na visokonapetostni strani v: visokonapetostne predelane postaje, srednjonapetostne predelane postaje in nizkonapetostne predelane postaje. Ravnina nominirane napetosti na visokonapetostni strani visokonapetostnih predelanih postaj je 110 kV ali višja, srednjonapetostnih predelanih postaj pa je od 3,6 do 40,5 kV, nizkonapetostnih predelanih postaj pa 1,14 kV ali nižja.

Visokonapetostne predelane postaje so običajno nameščene blizu centra električnega obremenjenja. Često uporabljajo način gradnje postaje, ki kombinira modulsko proizvodnjo z gradnjo na mestu. Imajo visoko raven napetosti na visokonapetostni strani transformatorja, veliko enotsko kapaciteto in relativno veliko število primarnih in sekundarnih podpornih oprem.

Srednjonapetostne predelane postaje so običajno uporabljene v sistemih za generiranje elektrike, na končnicah distribucijske mreže ali v situacijah za začasno oskrbo s strujom. Njihova shema konfiguracije je relativno preprosta, kapaciteta transformatorja je relativno majhna in proces proizvodnje je relativno enostaven.Nizkonapetostne predelane postaje običajno nameščajo sekundarno nadzorno opremo, pomočno opremo ali nizkonapetostno komutacijsko opremo znotraj, da bi izpolnile specifične funkcionalne zahteve.

2) Razvrščanje glede na uporabo ali okolje namestitve

Razvrščajo se v notranje predelane postaje in zunanje predelane postaje glede na uporabo ali okolje namestitve. Zgoščeno omenjene predelane postaje običajno navedejo zunanji tip. Poleg tega so v nekaterih tovarnah, stavbah ali ob notranji električni opremi z relativno majhnim obremenjenjem podporne predelane postaje notranje predelane postaje. Njihovo uporabno okolje ali raven zaščite je boljša kot pri zunanjih predelanih postajah, in sam izdelek ima malo nižje zahteve glede zaščite okolja in varnosti.

3) Razvrščanje glede na način namestitve izdelka

Razvrščajo se v fiksne predelane postaje in mobilne predelane postaje glede na način namestitve izdelka. Običajno so predelane postaje fiksno nameščene na temelju, in njihova lokacija ostane nespremenjena med uporabo.

V nekaterih uporabnih scenarijih, kot so rudniki, naftna polja, grajska mesta in situacije za začasno vzdrževalno oskrbo s strujom, se lokacija predelane postaje običajno spremeni, ko napreduje gradnja. Obstajata dva tipa mobilnih predelanih postaj: kolesarske predelane postaje in postaje na nosilcu. Ko je potrebno premakniti lokacijo oskrbe s strujom predelane postaje, jo lahko povlečejo in prevozijo s prikolico ali polprikolicami.

4) Razvrščanje glede na material, uporabljen za izdelavo škatle

Glede na različne materiali, uporabljeni za izdelavo škatle predelanih postaj, jih lahko razvrstimo v vrste iz črnila, nemetalne vrste, vrste iz nerjavečega črnila, aluminijastih leg ir, vrste iz barvnih črnilskih slojev, vrste iz Jinbang plasti, vrste iz magnijev-aluminijev-zinkovih pokritih plasti, kontejnerske vrste itd. Glavna značilnost je, da se materiali ali strukturne oblike škatel predelanih postaj razlikujejo, kar lahko zadovoljuje različne potrebe uporabnikov ali zahteve uporabe.

5) Razvrščanje glede na zunanji vidik škatle ali stopnjo ujemanja z okoljem

Glede na posebne zahteve predelanih postaj glede okolja uporabe okolja jih lahko nadalje razdelimo na običajne vrste, krajobrazne vrste (na primer, površina škatle ima stil, ki napodoblja kitajsko staro arhitekturo, evropsko arhitekturo, umetniško modeliranje ali lepljenje krajobraznih slik), itd. Na primer, predelana postaja, uporabljena v parku, ima obliko pavilona ali zgradbe, ki se ujema z okoljem parka, in njena površina je dekorirana s krajobraznimi slikami ali različnimi barvnimi toni.

6) Razvrščanje glede na različne načine namestitve

Glede na stopnjo kombinacije med predelano postajo in temeljem jo lahko razdelimo na nadzemne predelane postaje, polpodzemne predelane postaje in popolnoma podzemne predelane postaje.Nadzemna predelana postaja namesti celotno predelano postajo na vrhu temelja. V polpodzemni predelani postaji so med tremi osnovnimi funkcionalnimi sobami visokonapetostna soba in nizkonapetostna soba nad temeljem, medtem ko je soba transformatorja pod temeljem in utopljena v temelj.

Celotna prostornina izdelka je relativno majhna. Popolnoma podzemna predelana postaja pomeni, da je celoten izdelek utopljen v temelj, z izpostavljenimi samo otoki za pregled ali ventilacijskimi otoki nad temeljem. Ta vrsta izdelka je posebej primerne za središče mesta ali gosto naseljene jedrske območja, zmanjšuje vizualni vpliv izdelka na okolje uporabe in izboljšuje varnost in zanesljivost delovanja izdelka.

7) Razvrščanje glede na različne načine razporeditve funkcionalnih sob

Glede na različno razporeditev ali kombinacije treh osnovnih funkcionalnih sob (visokonapetostna soba, nizkonapetostna soba in soba transformatorja) predelanih postaj jih lahko nadalje razdelimo na "oko" - oblike predelanih postaj, "črkovno iglo" - oblike predelanih postaj, "H" - oblike predelanih postaj, "halter" - oblike predelanih postaj, "polje" - oblike predelanih postaj itd.

V "oko" - obliki predelani postaji je soba transformatorja razporejena v sredini, medtem ko so visokonapetostna soba in nizkonapetostna soba razporejeni na obeh straneh. Njegov celoten načrt je podoben "kitajskim znakom" v kitajskem jeziku. V predelani postaji oblike "igla" so tri funkcionalne sobe razporejene skupaj, podobno obliki kitajskega znaka "".

V "H" - obliki predelani postaji so visokonapetostna soba in nizkonapetostna soba izdelani v ločenih škatlah, in žive dele tekocistega transformatorja so popolnoma zaprti in postavljeni med dvema škatlama. Poleg tega je na obeh straneh transformatorja uporabljen mrežni ščit za preprosto zaščito in izolacijo, kar izboljša pogoji ohlajevanja med delovanjem transformatorja. V predelani postaji oblike "halter" je dejansko en set visokonapetostnih komutacijskih omar, dva seta transformatorjev in nizkonapetostnih komutacijskih omar.

Visokonapetostna soba je postavljena v sredini škatle, medtem ko je soba transformatorja in nizkonapetostna soba na obeh straneh sobe transformatorja. Celotna razporeditev vsake funkcionalne sobe je oblike "haltera". V "polje" - obliki predelani postaji je nizkonapetostna soba razdeljena na dva neodvisna odseka (nizkonapetostna soba in soba avtomatizacije). Skupaj s visokonapetostno sobo in sobo transformatorja je celotna razporeditev oblike kitajskega znaka "beseda".

8) Razvrščanje glede na navade poimenovanja

Glede na glavne značilnosti in navade poimenovanja izdelka so predelane postaje razdeljene na evropske postaje, ameriške postaje in kitajske postaje.

Ključne enote (visokonapetostna komutacijska oprema, nizkonapetostna komutacijska oprema, transformatorji) predelanih postaj so vse standardne izdelke, zaključene po tipizacijskih preskusih. Začetno so bile predvsem uvedene iz evropskih držav, kot je Nemčija, in so znane kot "evropske postaje". Njihove glavne značilnosti vključujejo povezovanje in kombinacijo ključnih komponent, prilagodljive in spremenljive načrte, ter relativno enostavno razširjanje kapacitete transformatorja. Trenutno so široko uporabljene tako v distribucijski mreži kot tudi v sistemih za generiranje elektrike.

Glede na standard JB/T 10217 je ameriška postaja predelana postaja, v kateri je visokonapetostna komutacijska oprema nameščena v nafteni rezervoari transformatorja in nafta uporabljena kot izolacijsko in ugasevalno sredstvo, medtem ko je nizkonapetostna komutacijska oprema nameščena v nizkonapetostni škatli. Na primer, 10 kV ekonomsko predelana postaja, predstavljena s strani ameriške družbe Cooper, je znana kot "ameriška postaja".

Glavna značilnost ameriške postaje je, da so visokonapetostna obremenitvena stikala, jedro transformatorja, navoji itd. utopljeni v isti nafteni rezervoari, in nafta je skupno uporabljena kot izolacijsko, ugasevalno in hladilno sredstvo. Uporablja dualno zaščito s preplinskih ventili, ki imajo dualno občutljivost na tok in temperaturo, kar veliko izboljša občutljivost in zanesljivost zaščite transformatorja. Glavne prednosti ameriških postaj so majhen obseg, kompaktna struktura, enostavnost in ekonomičnost.

Toda njihove slabosti so tudi očitne, kot je hitro padanje izolacijskih lastnosti nafte, preprost načrt in nizka prilagodljivost. Lok, ki ga ustvari odpiranje in zapiranje visokonapetostnih stikal, bo povzročil onesnaženost kakovosti nafte. Trenutno so 10 kV ameriške postaje redko uporabljene v distribucijski mreži in so razvrščene kot izdelki, ki so izfazirani ali omejeni.

Po spremembi in nadgradnji je 10 kV ameriška postaja povečala raven napetosti na 35 kV in je uporabljena v sistemih za generiranje nove energije. Zaradi njegove kompaktna struktura, majhen obseg in nizka stroški proizvodnje je vse bolj promovana in uporabljana.

V zadnjih letih so predelane postaje, uporabljene v sistemih nove energije, kot so vetri in fotovoltaika, predvsem funkcionalne za prenos električne energije s strani za generiranje z nižjo raven napetosti na 35 kV visokonapetostno postajo. Kapaciteta transformatorja se povečuje. Če je oblikovana v obliki "evropske postaje", je transformator zaprt nameščen v sobi transformatorja, in je težko oddati toplino vanj.

Za reševanje tega problema je potrebna dodatna oprema, kot so ventilatorji ali menjalniki toplote. Zato je nastala predelana postaja z relativno kompaktno strukturo in tekocistim transformatorjem, nameščenim zunaj škatle. Njegove glavne značilnosti so: transformator je nameščen na prostem, kar reši probleme varnosti in ohlajevanja transformatorja, in stroški proizvodnje so zelo znižani. Njegov videz je nekako podoben "ameriški postaji", vendar v bistvu še vedno spada pod "evropsko postajo". Ko je prvič nastala v industriji in uporabljena v stvarnih inženirskih projektih, je bila v industriji običajno znana kot "kitajska postaja". Vendar pa so njene značilnosti izdelka bolj v skladu s standardom GB/T 40823.

3. Trendi razvoja predelanih postaj

Trendi razvoja predelanih postaj so analizirani iz naslednjih različnih vidikov.

1) Diversifikacija materialov za izdelavo škatel in strukturnih oblik

Najbolj intuitivna in opazna sprememba je, da strukturne oblike škatel predelanih postaj kažejo trend diversifikacije, ki jo lahko opazimo glede na obliko, barvo in material škatel. Škatla bi morala biti v skladu s sosednjim okoljem. Na primer, evropske postaje so običajno utopljene 1 m pod tlem, in nadzemni del ni višji od 1,5 m, kar ne vpliva na pogled na daljavo in ne povzroča nesreč, če otroci plezajo na igro. Uporabljeni materiali so nemetalni, ki so okolju prijazni in lahko enostavno usklajeni z okoljem.

Pogosti materiali za zunanjško lupino vključujejo običajna črnila, nerjaveča črnila, aluminijasta črnila in barvna črnilska sloja. Letopis leta nazaj so bili uporabljeni tudi steklovlaken posiljena cementna plošča, steklovlaken posiljena plastmassa in nemetalni materiali. Dodatno, na isti škatli je mogoče uporabiti več materialov. Na primer, zunanji del običajne škatle je lahko dekoriran s drevesnim lesom in glaziranimi ploščicami, medtem ko so v mehuri med dvema slojema uporabljeni termično izolirajoči materiali, kot so šumivi polistiren (EPS), steklovlas, asbest in aluminosilikatna vuna.

Glede odpornosti na korozijo, odpornosti na požare in odpornosti na krize, so lupine nemetalnih materialov zelo boljše od lupin metalnih materialov. Nekatere predelane postaje uporabljajo Jinbang ploščice kot material lupine, ki so značilne po tem, da so okolju prijazne, lahke, trde, zvokootporna, termično izolirajoče, vodootporna, odporna na požare in korozijo.

2) Močna promocija in uporaba SF6 gas-insulated switchgear

Za predelane postaje z raven napetosti 40,5 kV ali manj, se običajno uporabljajo prepričevalniki ali obremenitvena stikala, izolirana z zrakom ali SF6 plinom, in nekateri izdelki uporabljajo obremenitvena stikala z nafto kot izolacijsko sredstvo.

V 12 kV predelanih postajah, ker je kapaciteta transformatorja običajno pod 1.250 kV·A, se vse bolj uporabljajo kombinirane električne naprave (obremenitveno stikalo + preplinski ventil) ali obremenitvena stikala. Ko se uporablja prepričevalnik za zaščito transformatorja, je čas prekinitve nepravilne linije rahlo daljši, kar ni koristno za zaščito ključnih oprem (kot je transformator). Vendar lahko preplinski ventil v kombinirani električni napravi prekine nepravilni tok v 20 ms.

Enote za obremenitveno stikalo za raven napetosti 12 kV vključujejo generator plinov obremenitveno st