Pagsusuri ng Klasipikasyon at mga Tendensya sa Pag-unlad ng High-Voltage/Low-Voltage Prefabricated Substations

1. Pagkakarunungan

Ang mga high-voltage/low-voltage prefabricated substations, na karaniwang tinatawag na "prefabricated substations", ay may pagkakasunod na "prefab substations" o "box substations". Sa Tsina, ito ay dating tinawag sa iba't ibang pangalan tulad ng "combined substations", "combined transformers", "factory-assembled compact substations", "box-type high-voltage power receiving units", at "prefabricated compact substations". Noong Nobyembre 1995, ang International Electrotechnical Commission (IEC) ay opisyal na tinawag itong "high-voltage/low-voltage prefabricated substations" sa pamantayan ng IEC 1330. Ang kasalukuyang pamantayan GB/T 17467—2020 High-voltage/Low-voltage Prefabricated Substations ay gumagamit din ng termino na "high-voltage/low-voltage prefabricated substations", na sa sumusunod na teksto ay tutukoyin namin bilang "prefabricated substations" para sa maikling pagtutukoy.

Ang pangunahing katangian ng mga prefabricated substations ay kasunod:

• Ang disenyo at paggawa ng produkto ay natatapos sa loob ng pabrika.

• Napatunayan sa pamamagitan ng type tests na inilalarawan sa pamantayan GB/T 17467.

• Napatunayan sa pamamagitan ng factory tests.

Ang kanyang pangunahing komposisyon ay binubuo ng tatlong functional units, na ang mga ito ay ang transformer room, high-voltage switch room, at low-voltage switch room. Ang mga pangunahing bahagi na nakakalakip dito (sa pamantayan, ang mga transformers, high-voltage switchgear, low-voltage switchgear, atbp. ay inilalarawan bilang pangunahing bahagi) ay napatunayan na kwalipikado sa pamamagitan ng type tests at factory tests. Ang mga bahaging ito ay konektado sa bawat isa ayon sa kinakailangan at nakalakip sa isang shared housing o box upang mabuo ang produkto ng prefabricated substation. Ang tipikal na plano ay napatunayan sa pamamagitan ng type tests ayon sa mga kinakailangan ng GB/T 17467, at pagkatapos ay ipinapadala sa mga user para sa pag-install at paggamit pagkatapos lumampas sa factory tests. Ito ang naglalarawan ng pangunahing anyo ng struktura ng tipikal na prefabricated substation.

Sa praktikal na aplikasyon, ang mga automation devices, communication units, video surveillance systems, control power supply systems, fire protection systems, atbp. ay nakalakip sa mga prefabricated substations, na naging mahalagang bahagi o suplemento upang matugunan ang mga pangangailangan ng funcionality ng prefabricated substations sa iba't ibang kondisyon ng trabaho.

Ang pangunahing mga abilidad ng mga prefabricated substations kasama ang mataas na integration, maliit na sakop, maikling panahon ng konstruksyon, flexible site selection, malakas na kapabilidad ng adaptasyon sa kapaligiran, convenient installation at paggamit, ligtas at tiwaling operasyon, mababang investment, at mabilis na resulta.

Sa kamakailan, ang mga prefabricated substations ay nagsaksihan ng mabilis na pag-unlad at malawak na aplikasyon sa mga bagong enerhiya na pag-generate ng kuryente at energy storage fields tulad ng wind power at photovoltaic power generation, na nagbibigay-daan sa pagpapadala o pagpapalit ng electrical energy.

Ang mga application scenarios ng mga prefabricated substations: Sa distribution network, ang mga prefabricated substations ay nagpapadala ng electrical energy sa pamamagitan ng pagbababa ng voltage upang matugunan ang mga kinakailangan ng end-users; sa power generation system, ito ay nagpapadala ng electrical energy mula sa gilid ng pag-generate ng kuryente patungo sa grid sa pamamagitan ng pagtaas ng voltage at grid connection.

Ang rated capacity at voltage level ng transformer na nakalakip sa mga prefabricated substations ay mahalagang indikador para sa pagsukat ng sukat at configuration ng substation. Sa pangkalahatan, para sa mga prefabricated substations na may rated capacity ng transformer na humigit-kumulang 10,000 kV·A at voltage level na 40.5 kV at ibaba, ang transformer at switchgear o iba pang equipment ay nalalakip sa isang buo, o inililipat sa site sa hiwalay na modules at pagkatapos ay nalalakip sa isang buo.

Kapag ang capacity ng transformer ay lumampas sa 31,500 kV·A, ang sumusuporta na switchgear at iba pang auxiliary equipment ay nakalakip sa box ng prefabricated substation, habang ang pangunahing mga transformers ay nakalakip sa labas. May dalawa o higit pa pang pangunahing transformers, na sa wakas ay nalalakip upang mabuo ang isang buong substation, na nagbibigay-daan sa pagpapadala o pagpapalit ng electrical energy.Ang artikulong ito ay naglalaman ng pagkakasunud-sunod ng mga prefabricated substations mula sa aspeto ng direksyon ng pag-unlad ng industriya o sa pangunahing katangian ng produkto, at pinag-aaralan ang kanilang mga tren ng pag-unlad sa loob ng field ng substation.

2. Mga Karaniwang Paraan ng Pagsunod-sunod ng Mga Prefabricated Substations

Sa praktikal na aplikasyon, ang mga prefabricated substations ay may malaking pagkakaiba-iba sa halip na rated capacity at structural characteristics ng transformer, rated voltage level, pangunahing bahagi, material at anyo ng box, application scenarios, at pangunahing layunin. Bukod dito, dahil sa mga pagkakaiba-iba sa mga application fields, ang industry standards at product verification methods ay may pagkakaiba rin. Ang sumusunod ay naglalaman ng mga prefabricated substations mula sa iba't ibang dimensyon o batay sa kanilang pangunahing katangian.

1) Pagsunod-sunod Batay sa Rated Voltage Level sa High-voltage Side

Ang mga prefabricated substations ay isinasunod ayon sa rated voltage level sa high-voltage side sa: high-voltage prefabricated substations, medium-voltage prefabricated substations, at low-voltage prefabricated substations. Ang rated voltage sa high-voltage side ng high-voltage prefabricated substations ay 110 kV at ibabaw, ang ng medium-voltage prefabricated substations ay nasa 3.6 hanggang 40.5 kV, at ang ng low-voltage prefabricated substations ay 1.14 kV at ibabaw.

Ang high-voltage prefabricated substations ay karaniwang nakalakip malapit sa sentro ng electrical load. Kadalasan silang gumagamit ng substation construction mode na naglalaman ng modular manufacturing at on-site construction. Ito ay may mataas na voltage level sa high-voltage side ng transformer, malaking single-unit capacity, at relatyibong malaking bilang ng primary at secondary supporting equipment.

Ang medium-voltage prefabricated substations ay karaniwang ginagamit sa mga power generation systems, sa mga terminal ng distribution network, o sa mga temporary power supply scenarios. Ang kanilang scheme configuration ay mas simple, ang capacity ng transformer ay mas maliit, at ang proseso ng paggawa ay mas straightforward.Ang low-voltage prefabricated substations ay karaniwang nakalakip ng secondary control equipment, auxiliary equipment, o low-voltage switchgear sa loob upang matugunan ang mga partikular na functional requirements.

2) Pagsunod-sunod Batay sa Usage o Installation Environment

Ito ay isinasunod sa indoor prefabricated substations at outdoor prefabricated substations ayon sa usage o installation environment. Ang karaniwang nababanggit na prefabricated substations ay karaniwang tumutukoy sa outdoor type. Bukod dito, sa ilang mga pabrika, gusali, o sa tabi ng indoor electrical equipment na may relatyibong maliit na power load, ang sumusuporta na prefabricated substations ay indoor prefabricated substations. Ang kanilang usage environment o protection level ay mas maganda kaysa sa outdoor prefabricated substations, at ang produkto mismo ay may mas mababang mga requirement sa environmental protection at safety.

3) Pagsunod-sunod Batay sa Product Installation Method

Ito ay isinasunod sa fixed prefabricated substations at mobile prefabricated substations ayon sa product installation method. Sa pangkalahatan, ang mga prefabricated substations ay nakalakip nang permanenteng sa foundation, at ang kanilang posisyon ng installation ay hindi nagbabago sa panahon ng paggamit.

Sa ilang application scenarios, tulad ng mines, oil fields, construction sites, at temporary maintenance power supply scenarios, bilang ang construction progress ay lumilipas, ang posisyon ng prefabricated substation kadalasan ay kailangang baguhin. May dalawang uri ng mobile prefabricated substations: wheeled prefabricated substations at skid-mounted prefabricated substations. Kapag ang power supply position ng prefabricated substation ay kailangang ilipat, ito ay maaaring ituwid at ilipat gamit ang trailer o semi-trailer.

4) Pagsunod-sunod Batay sa Material na Ginagamit sa Box Manufacturing

Ayon sa iba't ibang mga material na ginagamit sa paggawa ng box ng prefabricated substations, ito ay maaaring isinasunod sa steel plate type, non-metallic type, stainless steel plate type, aluminum alloy type, color steel composite plate type, Jinbang plate type, magnesium-aluminum-zinc-coated plate type, container type, atbp. Ang pangunahing katangian ay ang mga material o anyo ng boxes ng prefabricated substations ay may pagkakaiba, na maaaring tugunan ang iba't ibang mga pangangailangan ng mga user o usage requirements.

5) Pagsunod-sunod Batay sa Box Appearance o Degree of Matching with the Environment

Ayon sa espesyal na mga requirement ng prefabricated substations para sa paligid na usage environment, ito ay maaari pang isinasunod sa ordinary type, landscape type (halimbawa, ang ibabaw ng box ay may estilo na nagmimistula ng Chinese ancient architecture, European architecture, artistic modeling, o na-affixed na landscape paintings), atbp. Halimbawa, ang prefabricated substation na ginagamit sa isang parke ay may hugis na pavilion o building na sumasang-ayon sa parke environment, at ang ibabaw nito ay na-decorate ng landscape paintings o iba't ibang mga kulay.

6) Pagsunod-sunod Batay sa Iba't Ibang Installation Methods

Ayon sa degree ng combination sa pagitan ng prefabricated substation at ang foundation, ito ay maaaring isinasunod sa above-ground prefabricated substations, semi-buried prefabricated substations, at fully-buried prefabricated substations.Ang above-ground prefabricated substation ay nakalakip ng buong prefabricated substation sa itaas ng foundation. Sa semi-buried prefabricated substation, ang high-voltage switch room at low-voltage switch room sa tatlong basic functional rooms ay nasa itaas ng foundation, habang ang transformer room ay nasa ilalim at nagsisilong sa foundation.

Ang kabuuang volume ng produkto ay relatyibong maliit. Ang fully-buried prefabricated substation ay nangangahulugan na ang buong produkto ay nagsisilong sa foundation, na may lamang inspection manhole openings o ventilation holes na naka-expose sa itaas ng foundation. Ang tipo ng produkto na ito ay partikular na angkop para sa city center o densely populated core areas, na nagbabawas ng visual impact ng produkto sa usage environment at nagpapataas ng safety at reliability ng operation ng produkto.

7) Pagsunod-sunod Batay sa Iba't Ibang Arrangement Methods ng Functional Rooms

Ayon sa iba't ibang arrangements o combinations ng tatlong basic functional rooms (high-voltage room, low-voltage room, at transformer room) ng prefabricated substations, ito ay maaaring isinasunod sa "eye"-shaped prefabricated substations, "character-pin"-shaped prefabricated substations, "H"-shaped prefabricated substations, "dumbbell"-shaped prefabricated substations, "field"-shaped prefabricated substations, atbp.

Sa "eye" -shaped prefabricated substation, ang transformer room ay nakalakip sa gitna, habang ang high-voltage room at low-voltage room ay nakalakip sa parehong gilid. Ang kanyang kabuuang layout ay magkakatugma sa "Chinese characters" sa Chinese characters. Sa prefabricated substation na may hugis na "needle", ang tatlong functional rooms ay nakalakip nang magkasama, na magkakatugma sa hugis ng Chinese character "".

Sa "H" type prefabricated substation, ang high-voltage room at low-voltage room ay ginagawa nang hiwalay na boxes, at ang live parts ng liquid-immersed transformer ay lubos na nakalakip at nakalakip sa pagitan ng dalawang boxes. Bukod dito, ang mesh shielding ay ginagamit sa parehong gilid ng transformer para sa simple protection at isolation, na nagpapataas ng heat dissipation conditions sa panahon ng operation ng transformer. Sa prefabricated substation na may hugis na "dumbbell", mayroon talaga ng isang set ng high-voltage switch cabinets, dalawang sets ng transformers at low-voltage switch cabinets.

Ang high-voltage room ay nakalakip sa gitna ng box, habang ang transformer room at low-voltage room ay nasa parehong gilid ng transformer room. Ang kabuuang layout ng bawat functional room ay may hugis na "dumbbell". Sa "field" -shaped prefabricated substation, ang low-voltage room ay hinati sa dalawang independent compartments (ang low-voltage switch room at ang automation room). Magkasama-sama ang high-voltage room at transformer room, ang kabuuang layout ay may hugis na Chinese character "Word".

8) Pagsunod-sunod Batay sa Customary Appellation

Ayon sa pangunahing katangian at customary appellations ng produkto, ang mga prefabricated substations ay isinasunod sa European-style substations, American-style substations, at Chinese-style substations.

Ang key units (high-voltage switchgear, low-voltage switchgear, transformers) ng prefabricated substations ay lahat ng standard products na tapos na pagkatapos ng type tests. Simula, ito ay pangunahing idinudulot mula sa European countries tulad ng Germany, na karaniwang tinatawag na "European-style substations". Ang kanilang pangunahing katangian ay ang interconnection at combination ng key components, flexible at changeable design schemes, at relatyibong convenient capacity expansion ng transformer. Sa kasalukuyan, ito ay malawak na ginagamit sa parehong distribution network at power generation systems.

Ayon sa standard JB/T 10217, ang American-style substation ay isang prefabricated substation kung saan ang high-voltage switch ay nakalakip sa transformer oil tank at ang transformer oil ay ginagamit bilang insulation at arc-extinguishing medium, habang ang low-voltage switch ay nakalakip sa low-voltage box. Halimbawa, ang 10 kV economical prefabricated substation na kinakatawan ng American Cooper Company ay karaniwang tinatawag na "American-style substation".

Ang pangunahing katangian ng American-style substation ay ang high-voltage load switch, transformer core, coil, atbp. ay nilalambot sa parehong oil tank, at ang transformer oil ay ginagamit nang magkasama bilang insulation, arc-extinguishing, at cooling medium. Ito ay gumagamit ng dual-fuse protection, at ang fuses ay may current at temperature dual-sensitive characteristics, na nagpapataas ng sensitivity at reliability ng transformer protection. Ang pangunahing mga abilidad ng American-style substations ay maliit na sukat, compact structure, simplicity, at economy.

Ngunit, ang kanilang mga kakulangan ay malinaw din, tulad ng mabilis na pagbaba ng insulation performance ng transformer oil, simple scheme, at mababang flexibility. Ang arc na ginagawa ng pag-break at pag-close ng high-voltage switch ay magdudulot ng pagka-umiiral ng kalidad ng transformer oil. Sa kasalukuyan, ang 10 kV American-style substations ay kaunti na lang ang ginagamit sa distribution network at ito ay isinasunod bilang mga produkto na nasa proseso ng pagphase out o paglimit.

Pagkatapos ng modification at upgrading, ang 10 kV American-style substations ay tumaas ang voltage level sa 35 kV at ginagamit sa new energy power generation systems. Dahil sa kanilang compact structure, maliit na footprint, at mababang manufacturing cost, ito ay lalong napapalaganap at ginagamit.

Sa kamakailan, ang mga prefabricated substations na ginagamit sa new energy systems tulad ng wind power at photovoltaic power generation ay pangunahing nagtatrabaho upang ipadala ang electrical energy mula sa gilid ng pag-generate ng kuryente na may mas mababang voltage level patungo sa 35 kV high-voltage substation. Ang capacity ng transformer ay lalong lumalaki. Kung idedesign sa anyo ng "European-style substations", ang transformer ay nakalakip sa transformer room nang closed manner, at mahirap ito ilabas ang init na ginagawa.

Ang additional equipment tulad ng fans o heat exchangers ay kinakailangan upang tugunan ang problema. Kaya, ang isang prefabricated substation na may relatyibong compact structure at liquid-immersed transformer na nakalakip sa labas ng box ay lumitaw. Ang kanyang pangunahing katangian ay: ang transformer ay nakalakip sa labas, na nagreresolba ng mga problema ng safety protection at heat dissipation ng transformer, at ang manufacturing cost ay malaking nabawasan. Ito ay may kaunting pagkakatugma sa "American-style substation" sa hitsura, ngunit ito ay esensyal na naiisunod pa rin sa "European-style substation". Nang ito ay unang lumitaw sa industriya, ito ay tinawag na "compact prefabricated substation". Dahil ito ay unang matagumpay na na-develop sa China at ginamit sa aktwal na engineering projects, ito ay karaniwang tinatawag na "Chinese-style substation" sa industriya. Ngunit, ang kanyang mga katangian ng produkto ay mas tugon sa mga requirement ng standard na GB/T 40823.

3. Mga Tren ng Pag-unlad ng Mga Prefabricated Substations

Ang mga tren ng pag-unlad ng mga prefabricated substations ay pinag-aaralan mula sa sumusunod na iba't ibang aspekto.

1) Diversification ng Box Manufacturing Materials at Structural Forms

Ang pinakamakikitang pagbabago ay ang mga anyo ng boxes ng mga prefabricated substations ay nagpapakita ng tren ng diversification, na maaaring makita mula sa hugis, kulay, at material ng boxes. Ang box ay dapat mapagkaisa sa paligid na kapaligiran. Halimbawa, ang mga European-style substations ay karaniwang nagsisilong 1 m sa ilalim ng lupa, at ang bahagi sa itaas ng lupa ay hindi mas mataas kaysa 1.5 m, na hindi ito nakakaapekto sa long-distance view at hindi ito nakakapinsala kung ang mga bata ay umakyat upang maglaro. Ang mga ginagamit na materials ay non-metallic, na eco-friendly at madaling mapagkaisa sa paligid na kapaligiran.

Ang karaniwang materials para sa outer shell ay kasama ang ordinary steel plates, stainless steel plates, aluminum alloy plates, at color steel composite plates. Mga taon na ang nakalipas, ang glass fiber-reinforced cement plates, glass fiber-reinforced plastic plates, at non-metallic materials ay nagsimulang gamitin. Bukod dito, maaaring may ilang materials sa iisang box. Halimbawa, ang labas ng ordinary box ay maaaring na-decorate ng wooden boards at glazed tile decorative boards, at ang insulating materials tulad ng expandable polystyrene (EPS), glass fiber, asbestos, at aluminum silicate wool ay ginagamit sa interlayer ng double-layer structure.

Sa aspeto ng corrosion resistance, fire resistance, at resistance sa fault arcs, ang non-metallic material shells ay malinaw na mas superior kaysa sa metallic material shells. Ang ilang prefabricated substations ay gumagamit ng Jinbang plates bilang material ng shell, na may katangian na eco-friendly, lightweight, high-strength, sound-insulating, heat-insulating, water-resistant, fire-resistant, at corrosion-resistant.

2) Malakas na Promotion at Application ng SF6 Gas-insulated Switchgear

Para sa mga prefabricated substations na may voltage level ng 40.5 kV at ibabaw, ang high-voltage side ay pangkalahatang gumagamit ng circuit breakers o load switches na insulated ng air o SF6 gas, at ilang produkto ay gumagamit ng load switches na may transformer oil bilang insulation medium.

Sa 12 kV prefabricated substations, dahil ang capacity ng transformer ay pangkalahatang ibaba 1,250 kV·A, ang combined electrical appliances (load switch + fuse) o load switches ay lalong ginagamit. Kapag ang circuit breaker ay ginagamit upang protektahan ang transformer, ang oras upang putulin ang faulty line ay kaunti na lang mas mahaba, na hindi ito makakabuti sa proteksyon ng key equipment (tulad ng transformer). Ngunit, ang fuse sa combined electrical appliance ay maaaring putulin ang fault current sa loob ng 20 ms.

Ang load switch units para sa 12 kV voltage level kasama ang gas-generating load switch cabinets, vacuum circuit breaker switch cabinets, vacuum load switch cabinets, at SF6 gas-insulated switchgear. Sa kasalukuyan, ang SF6 gas-insulated switchgear ay ang pinakakaraniwang ginagamit sa prefabricated substations, at ito ay may mas malinaw na abilidad sa aspeto ng altitude, reliability, safety, size, at special application environments.

3) Pagpapataas ng Performance ng Transformer at Ventilation at Heat Dissipation

Sa 12 kV prefabricated substations, ang karaniwang ginagamit na transformers kasama ang liquid-immersed transformers at dry-type transformers, at ang kanilang insulation performance at no-load at load loss values ay lalong na-optimize. Sa high-rise buildings, mula sa transformer hanggang sa switchgear, ang dry-type transformers na hindi naglalaman ng flammable materials at hindi madaling kontaminado ng transformer oil ay kinakailangan.

Ang prinsipyong ventilation at heat dissipation para sa transformers ay: pangunahing natural ventilation, supplemented by forced air cooling. Ang karaniwang paraan ng forced air cooling ay ang pag-install ng fans sa tuktok ng transformer room o sa box wall panels upang ilabas ang hangin mula sa box, na nagbabawas ng circulation ng mainit na hangin sa kwarto. Minsan, ang mga fans ay din ilalagay sa ilalim ng transformer upang magbigay ng cold air pataas, na nagreresulta sa mabuting heat dissipation effect.

4) Internal Fault Arcs sa Mga Prefabricated Substations

Maaaring mangyari ang internal fault arcs sa mga prefabricated substations, at ang mga paraan na maaaring gawin ay nahahati sa dalawang kategorya: proactive measures at reactive measures. Ang proactive measures pangunahing nagnanais na limitahan ang duration ng fault arc, habang ang reactive measures ay nakatuon sa pag-limit ng mga epekto na dulot ng fault arc. Bagama't hindi ito maaaring ganap na maiwasan ang pag-occur ng internal arcs, ito ay maaaring mabawasan. Sa pamamagitan ng pag-limit ng mga harmful effects na dulot ng arc duration, maaaring mabawasan ang epekto ng fault arc sa tao o equipment.

Bagama't ang internal fault arc test ay hindi kasama sa mandatory test items, ito ay itinuturing bilang "mandatory type test item when applicable". Dahil sa direktang banta nito sa personal safety at normal operation ng equipment, ito ay nagkaroon ng malaking pansin mula sa mga manufacturer at users. Kaya, ang arc-burning test item ay gradual at malakas na ipinaglaban sa type tests at quality spot checks ng mga prefabricated substations.

5) Malaking Pag-unlad sa Intelligence

Ang intelligence ay isang pangunahing katangian ng smart grids at isang direksyon ng pag-unlad para sa mga prefabricated substations. Ang mga prefabricated substations na may mataas na degree ng automation ay pangkalahatang tinatawag na intelligent prefabricated substations sa industriya. Ang mga working characteristics at responsibilities ng intelligent prefabricated substations ay nangangailangan ng magandang interactivity.

<