Аналіз класифікації та напрямків розвитку високовольтних/низьковольтних заводських підстанцій
1. Вступ
Високовольтові/низьковольтові заздалегідь виготовлені підстанції, які загалом відомі як "предварительно виготовлені підстанції", скорочено називаються "предварительно виготовлені підстанції" або "боксові підстанції". У Китаї їх раніше називали різними назвами, такими як "комбіновані підстанції", "комбіновані трансформатори", "заводсько-змінені компактні підстанції", "боксові високовольтові приймальні блоки" і "предварительно виготовлені компактні підстанції". У листопаді 1995 року Міжнародна електротехнічна комісія (IEC) офіційно назвала їх "високовольтові/низьковольтові предварительно виготовлені підстанції" у стандарті IEC 1330. Поточний стандарт GB/T 17467—2020 Високовольтові/низьковольтові предварительно виготовлені підстанції також використовує термін "високовольтові/низьковольтові предварительно виготовлені підстанції", який буде скорочено називатися "предварительно виготовлені підстанції" у наступному тексті.
Основні характеристики предварительно виготовлених підстанцій наступні:
Дизайн і виробництво продукту завершуються на заводі.
Перевірені типовими випробуваннями, вказаними у стандарті GB/T 17467.
Підтверджено заводськими випробуваннями.
Їх основний склад складається з трьох функціональних одиниць, а саме: трансформаторна кімната, високовольтова комутаційна кімната і низьковольтова комутаційна кімната. Основні компоненти, зібрані всередині (у стандарті до ключових компонентів відносять трансформатори, високовольтове комутаційне обладнання, низьковольтове комутаційне обладнання тощо), були перевірені як кваліфіковані через типові випробування і заводські випробування. Ці компоненти з'єднуються між собою за потребою і збираються в спільному корпусі або боксі для формування продукту предварительно виготовленої підстанції. Типова схема перевіряється типовими випробуваннями відповідно до вимог GB/T 17467, а потім поставляється користувачам для встановлення і використання після проходження заводських випробувань. Це представляє основну структурну форму типової предварительно виготовленої підстанції.
У практичному застосуванні, до предварительно виготовлених підстанцій інтегруються пристрої автоматизації, комунікаційні модулі, системи відеоспостереження, системи живлення контролю, системи пожежного затишку тощо, стаючи важливими компонентами або доповненнями для задоволення функціональних вимог предварительно виготовлених підстанцій у різних умовах роботи.
Основні переваги предварительно виготовлених підстанцій включають високу інтеграцію, невелику площу, короткий період будівництва, гнучкий вибір місця, сильну адаптивність до оточення, зручне встановлення і використання, безпечну і надійну роботу, низькі витрати і швидкі результати.
Останнім часом, предварительно виготовлені підстанції стали свідками швидкого розвитку і широкого застосування в нових енергетичних системах, таких як вітрова і фотоелектрична енергетика, дозволяючи передачу або обмін електроенергією.
Сценарії застосування предварительно виготовлених підстанцій: у розподільній мережі, предварительно виготовлені підстанції забезпечують розподіл електроенергії через зниження напруги, задовольняючи вимоги кінцевих користувачів; у системі енергогенерації, вони реалізують передачу електроенергії від сторони генерації до мережі через підвищення напруги і підключення до мережі.
Номінальна потужність і рівень напруги трансформатора, встановленого в предварительно виготовлених підстанціях, є важливими показниками для вимірювання масштабу та конфігурації підстанції. Зазвичай, для предварительно виготовлених підстанцій з номінальною потужністю трансформатора близько 10 000 кВ·А та рівнем напруги 40,5 кВ і нижче, трансформатор і комутаційне обладнання або інші пристрої збираються в цілісність, або транспортується на місце в окремих модулях, а потім збирається в цілісність.
Коли потужність трансформатора перевищує 31 500 кВ·А, підтримуючі комутаційні пристрої та інші допоміжні пристрої встановлюються в боксі предварительно виготовленої підстанції, а основні трансформатори встановлюються на відкритому повітря. Є два або більше основних трансформаторів, які врешті-решт з’єднуються для формування повної підстанції, що дозволяє передавати або обмінювати електроенергію.Ця стаття класифікує предварительно виготовлені підстанції з точки зору напрямку розвитку галузі або основних характеристик продукту, та аналізує їхні тенденції розвитку в галузі підстанцій.
2.Звичайні методи класифікації предварительно виготовлених підстанцій
У практичному застосуванні, предварительно виготовлені підстанції значно відрізняються за номінальною потужністю і конструктивними характеристиками трансформатора, номінальним рівнем напруги, ключовими компонентами, матеріалом і конструктивною формою боксу, сценаріями застосування та основними цілями. Крім того, через відмінності в областях застосування, галузеві стандарти та методи верифікації продуктів також відрізняються. Нижче предварительно виготовлені підстанції класифікуються з різних розмірностей або на основі їх основних характеристик.
1) Класифікація за номінальним рівнем напруги на високовольтній стороні
Предварительно виготовлені підстанції класифікуються за номінальним рівнем напруги на високовольтній стороні на: високовольтові предварительно виготовлені підстанції, середньовольтові предварительно виготовлені підстанції і низьковольтові предварительно виготовлені підстанції. Номінальна напруга на високовольтній стороні високовольтових предварительно виготовлених підстанцій становить 110 кВ і вище, середньовольтових — від 3,6 до 40,5 кВ, а низьковольтових — 1,14 кВ і нижче.
Високовольтові предварительно виготовлені підстанції зазвичай встановлюються поруч з центром електричного навантаження. Вони часто використовують режим будівництва підстанції, який поєднує модульне виробництво зі збудованою на місці конструкцією. Вони характеризуються високим рівнем напруги на високовольтній стороні трансформатора, великою потужністю однієї одиниці та відносно великою кількістю первинного та вторинного підтримуючого обладнання.
Середньовольтові предварительно виготовлені підстанції зазвичай використовуються в системах генерації електроенергії, на терміналах розподільної мережі або в ситуаціях тимчасового живлення. Їхня схема конфігурації є відносно проста, потужність трансформатора відносно невелика, а процес виробництва відносно простий.Низьковольтові предварительно виготовлені підстанції зазвичай встановлюють вторинне керуюче обладнання, допоміжне обладнання або низьковольтове комутаційне обладнання всередині, щоб задовольнити конкретні функціональні вимоги.
2) Класифікація за способом використання або середовищем встановлення
Вони класифікуються на внутрішні предварительно виготовлені підстанції та зовнішні предварительно виготовлені підстанції залежно від способу використання або середовища встановлення. Зазвичай, коли говорять про предварительно виготовлені підстанції, мають на увазі зовнішній тип. Крім того, в деяких заводських будівлях, будівлях або поруч з внутрішнім електричним обладнанням з відносно невеликим електричним навантаженням, підтримуючі предварительно виготовлені підстанції є внутрішніми предварительно виготовленими підстанціями. Їх середовище використання або рівень захисту є кращим, ніж у зовнішніх предварительно виготовлених підстанцій, і сам продукт має трохи менші вимоги до захисту навколишнього середовища та безпеки.
3) Класифікація за способом встановлення продукту
Вони класифікуються на стаціонарні предварительно виготовлені підстанції та мобільні предварительно виготовлені підстанції залежно від способу встановлення продукту. Зазвичай, предварительно виготовлені підстанції стаціонарно встановлюються на фундаменті, і їхня позиція не змінюється під час використання.
У деяких сценаріях застосування, таких як кар'єри, нафтогазові поля, будівельні майданчики та ситуації тимчасового ремонту, з рухом прогресу будівництва, місце розташування предварительно виготовленої підстанції часто потрібно змінювати. Є два види мобільних предварительно виготовлених підстанцій: колесні предварительно виготовлені підстанції та підстанції на платформі. Коли потрібно перемістити позицію живлення предварительно виготовленої підстанції, її можна буксувати та транспортувати за допомогою причепу або напівпричепу.
4) Класифікація за матеріалом, використаним для виготовлення боксу
Залежно від різних матеріалів, використаних для виготовлення боксу предварительно виготовлених підстанцій, їх можна поділити на стальні, неметалеві, з нержавіючої сталі, з алюмінієвого сплаву, з кольорової сталевої композитної плити, з плівки Jinbang, з магнієво-алюмінієво-цинкового покриття, контейнерні типи тощо. Основна характеристика полягає в тому, що матеріали або конструктивні форми боксів предварительно виготовлених підстанцій відрізняються, що може задовольнити різні потреби користувачів або вимоги до використання.
5) Класифікація за зовнішнім виглядом боксу або ступенем відповідності до середовища
Залежно від особливих вимог предварительно виготовлених підстанцій до оточуючого середовища, їх можна поділити на звичайний тип, ландшафтний тип (наприклад, поверхня боксу має стилі, що імітують китайську стародавню архітектуру, європейську архітектуру, художні форми, або прикріплені ландшафтні малюнки) тощо. Наприклад, предварительно виготовлена підстанція, використовувана в парку, має форму павільйону або будівлі, яка відповідає середовищу парку, і її поверхня декорована ландшафтними малюнками або різними кольоровими тонами.
6) Класифікація за різними способами встановлення
Залежно від ступеня поєднання між предварительно виготовленою підстанцією та фундаментом, їх можна поділити на наземні предварительно виготовлені підстанції, напівзахоплені предварительно виготовлені підстанції та повністю захоплені предварительно виготовлені підстанції.Наземна предварительно виготовлена підстанція встановлює весь предварительно виготовлений підстанцій на вершині фундаменту. У напівзахопленій предварительно виготовленій підстанції, серед трих основних функціональних кімнат, високовольтова комутаційна кімната та низьковольтова комутаційна кімната розташовані над фундаментом, а трансформаторна кімната розташована під ним і занурена в фундамент.
Загальний об'єм продукту відносно невеликий. Повністю захоплена предварительно виготовлена підстанція означає, що весь продукт занурений в фундамент, з лише контрольними люками чи віддушиною, що виступають над фундаментом. Цей тип продукту особливо підходить для центрів міст або густонаселених центрів, зменшуючи візуальний вплив продукту на середовище використання та підвищуючи безпеку та надійність роботи продукту.
7) Класифікація за різними способами розташування функціональних кімнат
Залежно від різних розташувань або поєднань трьох основних функціональних кімнат (високовольтова кімната, низьковольтова кімната та трансформаторна кімната) предварительно виготовлених підстанцій, їх можна поділити на "очко"-образні предварительно виготовлені підстанції, "ігло"-образні предварительно виготовлені підстанції, "H"-образні предварительно виготовлені підстанції, "гантелю"-образні предварительно виготовлені підстанції, "поле"-образні предварительно виготовлені підстанції тощо.
У "очко"-образній предварительно виготовленій підстанції, трансформаторна кімната розташована посередині, а високовольтова кімната та низьковольтова кімната розташовані по обох сторонах. Її загальний план схожий на "китайські ієрогліфи" в китайських ієрогліфах. У предварительно виготовленій підстанції у формі "ігли", три функціональні кімнати розташовані разом, схожі на форму китайського ієрогліфа "".
У "H"-образній предварительно виготовленій підстанції, високовольтова кімната та низьковольтова кімната виготовлені в окремі бокси, а жива частина рідкісного трансформатора повністю закрита та розташована між двома боксами. Крім того, на обох сторонах трансформатора використовується сітчаста захистна система для простого захисту та ізоляції, що поліпшує умови теплообміну під час роботи трансформатора. У предварительно виготовленій підстанції у формі "гантелі" насправді є набір високовольтових комутаційних шаф, двох наборів трансформаторів та низьковольтових комутаційних шаф.
Високовольтова кімната розташована посередині боксу, а трансформаторна кімната та низьковольтова кімната розташовані по обох сторонах трансформаторної кімнати. Загальний план кожного функціонального приміщення має форму "гантелі". У "поле"-образній предварительно виготовленій підстанції, низьковольтова кімната розділена на два незалежні секції (низьковольтова комутаційна кімната та кімната автоматизації). Разом з високовольтовою кімнатою та трансформаторною кімнатою, загальний план набуває форму китайського ієрогліфа "Word".
8) Класифікація за звичайними назвами
Залежно від основних характеристик та звичайних назв продукту, предварительно виготовлені підстанції поділяються на європейські, американські та китайські підстанції.
Основні модулі (високовольтове комутаційне обладнання, низьковольтове комутаційне обладнання, трансформатори) предварительно виготовлених підстанцій є стандартними продуктами, які були фіналізовані після типових випробувань. Спочатку вони були в основному введено з країн Європи, таких як Німеччина, зазвичай відомі як "європейські підстанції". Їхні основні характеристики включають взаємозв'язок та поєднання ключових компонентів, гнучкі та змінні дизайн-схеми, а також відносно зручне розширення потужності трансформатора. Зараз вони широко використовуються як у розподільній мережі, так і в системах генерації електроенергії.
Згідно зі стандартом JB/T 10217, американська підстанція - це предварительно виготовлена підстанція, в якій високовольтова комутаційна установка встановлена в масляному резервуарі трансформатора, а трансформаторне масло використовується як ізоляційна та гасіння дуги, а низьковольтова комутаційна установка встановлена в низьковольтному боксі. Наприклад, 10 кВ економічна предварительно виготовлена підстанція, представлена американською компанією Cooper, зазвичай відома як "американська підстанція".
Основною характеристикою американської підстанції є те, що високовольтова нагрузна комутаційна установка, ядро трансформатора, обмотка та ін. погруженні в одну масляну ванну, а трансформаторне масло використовується як ізоляційна, гасіння дуги та охолоджувальна середа. Використовується подвійна захистна система запальників, які мають подвійну чутливість до струму та температури, що значно підвищує чутливість та надійність захисту трансформатора. Основні переваги американських підстанцій - невеликий розмір, компактна конструкція, простота та економічність.
Проте їх недоліки також очевидні, такі як швидке погір
