Phân tích về Phân loại và Xu hướng Phát triển của Trạm biến áp Tiền chế Cao áp/Thấp áp

1. Giới thiệu

Trạm biến áp cao thế/thấp thế được chế tạo sẵn, thường được gọi là "trạm biến áp chế tạo sẵn", được viết tắt là "trạm biến áp chế tạo sẵn" hoặc "trạm biến áp hộp". Ở Trung Quốc, chúng đã từng được gọi bằng nhiều tên khác nhau như "trạm biến áp kết hợp", "biến áp kết hợp", "trạm biến áp nhỏ gọn lắp ráp tại nhà máy", "đơn vị nhận điện cao thế dạng hộp", và "trạm biến áp nhỏ gọn chế tạo sẵn". Vào tháng 11 năm 1995, Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) chính thức đặt tên cho chúng là "trạm biến áp cao thế/thấp thế chế tạo sẵn" trong tiêu chuẩn IEC 1330. Tiêu chuẩn hiện hành GB/T 17467—2020 Trạm biến áp cao thế/thấp thế chế tạo sẵn cũng sử dụng thuật ngữ "trạm biến áp cao thế/thấp thế chế tạo sẵn", sẽ được gọi tắt là "trạm biến áp chế tạo sẵn" trong văn bản sau đây.

Các đặc điểm chính của trạm biến áp chế tạo sẵn là như sau:

• Thiết kế và sản xuất sản phẩm được hoàn thành trong nhà máy.

• Được kiểm tra qua các bài kiểm tra loại theo quy định trong tiêu chuẩn GB/T 17467.

• Được xác nhận thông qua các bài kiểm tra tại nhà máy.

Cấu tạo cơ bản của nó bao gồm ba đơn vị chức năng, cụ thể là phòng biến áp, phòng công tắc cao thế, và phòng công tắc thấp thế. Các thành phần chính được lắp ráp bên trong (trong tiêu chuẩn, biến áp, thiết bị công tắc cao thế, thiết bị công tắc thấp thế, v.v. được định nghĩa là thành phần chính) đã được xác nhận là đạt yêu cầu thông qua cả bài kiểm tra loại và bài kiểm tra tại nhà máy. Các thành phần này được kết nối với nhau theo yêu cầu và được lắp ráp trong một vỏ chung hoặc hộp để tạo thành sản phẩm trạm biến áp chế tạo sẵn. Phương án điển hình được kiểm tra qua bài kiểm tra loại theo yêu cầu của GB/T 17467, và sau đó được giao cho người dùng để cài đặt và sử dụng sau khi vượt qua bài kiểm tra tại nhà máy. Đây là hình thức cấu trúc cơ bản của trạm biến áp chế tạo sẵn điển hình.

Trong ứng dụng thực tế, các thiết bị tự động, đơn vị truyền thông, hệ thống giám sát video, hệ thống nguồn điện điều khiển, hệ thống phòng cháy chữa cháy, v.v. được tích hợp vào trạm biến áp chế tạo sẵn, trở thành các thành phần quan trọng hoặc bổ sung để đáp ứng yêu cầu chức năng của trạm biến áp chế tạo sẵn trong các điều kiện làm việc khác nhau.

Các ưu điểm chính của trạm biến áp chế tạo sẵn bao gồm độ tích hợp cao, diện tích chiếm ít, thời gian xây dựng ngắn, lựa chọn địa điểm linh hoạt, khả năng thích nghi môi trường mạnh, dễ dàng cài đặt và sử dụng, vận hành an toàn và đáng tin cậy, đầu tư thấp, và hiệu quả nhanh chóng.

Gần đây, trạm biến áp chế tạo sẵn đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực phát điện năng lượng mới và lưu trữ năng lượng như gió và năng lượng mặt trời, cho phép truyền tải hoặc trao đổi năng lượng điện.

Các kịch bản ứng dụng của trạm biến áp chế tạo sẵn: Trong mạng phân phối, trạm biến áp chế tạo sẵn phân phối năng lượng điện thông qua giảm điện áp để đáp ứng yêu cầu của người dùng cuối; trong hệ thống phát điện, chúng thực hiện truyền tải năng lượng điện từ phía phát điện đến lưới điện thông qua tăng điện áp và kết nối lưới.

Công suất định mức và cấp điện áp của biến áp được trang bị trong trạm biến áp chế tạo sẵn là các chỉ số quan trọng để đo lường quy mô và cấu hình của trạm. Nói chung, đối với trạm biến áp chế tạo sẵn có công suất định mức của biến áp khoảng 10.000 kV·A và cấp điện áp 40,5 kV và dưới, biến áp và thiết bị công tắc hoặc các thiết bị khác được lắp ráp thành một khối, hoặc được vận chuyển đến hiện trường theo các mô-đun riêng biệt và sau đó được lắp ráp thành một khối.

Khi công suất biến áp vượt quá 31.500 kV·A, các thiết bị công tắc hỗ trợ và các thiết bị phụ trợ khác được lắp đặt trong hộp của trạm biến áp chế tạo sẵn, trong khi các biến áp chính được lắp đặt ngoài trời. Có hai hoặc nhiều biến áp chính, cuối cùng được kết nối để tạo thành một trạm biến áp hoàn chỉnh, do đó cho phép truyền tải hoặc trao đổi năng lượng điện.Bài viết này phân loại trạm biến áp chế tạo sẵn dựa trên các khía cạnh như hướng phát triển ngành công nghiệp hoặc các đặc điểm chính của sản phẩm, và phân tích xu hướng phát triển của chúng trong lĩnh vực trạm biến áp.

2. Phương pháp phân loại thông thường của trạm biến áp chế tạo sẵn

Trong ứng dụng thực tế, trạm biến áp chế tạo sẵn có sự khác biệt đáng kể về công suất định mức và đặc điểm cấu trúc của biến áp, cấp điện áp định mức, các thành phần chính, vật liệu và hình thức cấu trúc của hộp, kịch bản ứng dụng, và mục đích chính. Ngoài ra, do sự khác biệt trong các lĩnh vực ứng dụng, các tiêu chuẩn ngành và phương pháp xác minh sản phẩm cũng khác nhau. Dưới đây là phân loại trạm biến áp chế tạo sẵn từ các chiều khác nhau hoặc dựa trên các đặc điểm chính của chúng.

1) Phân loại theo cấp điện áp định mức ở phía cao thế

Trạm biến áp chế tạo sẵn được phân loại theo cấp điện áp định mức ở phía cao thế thành: trạm biến áp chế tạo sẵn cao thế, trạm biến áp chế tạo sẵn trung thế, và trạm biến áp chế tạo sẵn thấp thế. Cấp điện áp định mức ở phía cao thế của trạm biến áp chế tạo sẵn cao thế là 110 kV và hơn, của trạm biến áp chế tạo sẵn trung thế nằm trong khoảng từ 3,6 đến 40,5 kV, và của trạm biến áp chế tạo sẵn thấp thế là 1,14 kV và dưới.

Trạm biến áp chế tạo sẵn cao thế thường được lắp đặt gần trung tâm tải điện. Chúng thường sử dụng cách xây dựng trạm kết hợp giữa sản xuất mô-đun và xây dựng tại hiện trường. Chúng có đặc điểm là cấp điện áp cao ở phía cao thế của biến áp, công suất đơn vị lớn, và số lượng thiết bị hỗ trợ sơ cấp và thứ cấp tương đối lớn.

Trạm biến áp chế tạo sẵn trung thế thường được sử dụng trong hệ thống phát điện, ở đầu cuối của mạng phân phối, hoặc trong các kịch bản cung cấp điện tạm thời. Cấu hình của chúng tương đối đơn giản, công suất biến áp tương đối nhỏ, và quy trình sản xuất tương đối đơn giản.Trạm biến áp chế tạo sẵn thấp thế thường lắp đặt thiết bị điều khiển thứ cấp, thiết bị phụ trợ, hoặc thiết bị công tắc thấp thế bên trong để đáp ứng các yêu cầu chức năng cụ thể.

2) Phân loại theo môi trường sử dụng hoặc cài đặt

Chúng được phân loại thành trạm biến áp chế tạo sẵn trong nhà và trạm biến áp chế tạo sẵn ngoài trời theo môi trường sử dụng hoặc cài đặt. Các trạm biến áp chế tạo sẵn thường được đề cập đến nói chung là loại ngoài trời. Ngoài ra, trong một số nhà máy, tòa nhà, hoặc bên cạnh thiết bị điện trong nhà có tải điện tương đối nhỏ, các trạm biến áp chế tạo sẵn hỗ trợ là trạm biến áp chế tạo sẵn trong nhà. Môi trường sử dụng hoặc mức bảo vệ của chúng tốt hơn so với trạm biến áp chế tạo sẵn ngoài trời, và sản phẩm tự thân có yêu cầu thấp hơn về bảo vệ môi trường và an toàn.

3) Phân loại theo phương pháp cài đặt sản phẩm

Chúng được phân loại thành trạm biến áp chế tạo sẵn cố định và trạm biến áp chế tạo sẵn di động theo phương pháp cài đặt sản phẩm. Thông thường, trạm biến áp chế tạo sẵn được cài đặt cố định trên nền móng, và vị trí cài đặt của chúng không thay đổi trong quá trình sử dụng.

Trong một số kịch bản ứng dụng, như mỏ, khu vực dầu khí, công trường xây dựng, và các kịch bản cung cấp điện tạm thời cho bảo trì, khi tiến độ xây dựng tiến triển, vị trí của trạm biến áp chế tạo sẵn thường cần phải thay đổi. Có hai loại trạm biến áp chế tạo sẵn di động: trạm biến áp chế tạo sẵn bánh xe và trạm biến áp chế tạo sẵn trên giá đỡ. Khi vị trí cung cấp điện của trạm biến áp chế tạo sẵn cần được di chuyển, nó có thể được kéo và vận chuyển bằng xe kéo hoặc rơ-móc.

4) Phân loại theo vật liệu sử dụng để chế tạo hộp

Theo các vật liệu khác nhau được sử dụng để chế tạo hộp của trạm biến áp chế tạo sẵn, chúng có thể được phân loại thành thép tấm, phi kim, thép không gỉ, hợp kim nhôm, thép màu tổng hợp, tấm Jinbang, tấm mạ kẽm-magie-niken, container, v.v. Đặc điểm chính là các vật liệu hoặc hình thức cấu trúc của hộp trạm biến áp chế tạo sẵn khác nhau, có thể đáp ứng các nhu cầu khác nhau của người dùng hoặc yêu cầu sử dụng.

5) Phân loại theo ngoại hình hộp hoặc mức độ phù hợp với môi trường

Theo các yêu cầu đặc biệt của trạm biến áp chế tạo sẵn đối với môi trường sử dụng xung quanh, chúng có thể được phân loại thêm thành loại thông thường, loại cảnh quan (ví dụ, bề mặt hộp có kiểu dáng mô phỏng kiến trúc cổ Trung Quốc, kiến trúc châu Âu, tạo hình nghệ thuật, hoặc dán tranh cảnh quan), v.v. Ví dụ, trạm biến áp chế tạo sẵn được sử dụng trong công viên có hình dạng của một gian hàng hoặc tòa nhà phù hợp với môi trường công viên, và bề mặt của nó được trang trí bằng tranh cảnh quan hoặc các tông màu khác nhau.

6) Phân loại theo các phương pháp cài đặt khác nhau

Theo mức độ kết hợp giữa trạm biến áp chế tạo sẵn và nền móng, chúng có thể được phân loại thành trạm biến áp chế tạo sẵn trên mặt đất, trạm biến áp chế tạo sẵn nửa chôn, và trạm biến áp chế tạo sẵn chôn hoàn toàn.Trạm biến áp chế tạo sẵn trên mặt đất cài đặt toàn bộ trạm biến áp chế tạo sẵn trên đỉnh nền móng. Trong trạm biến áp chế tạo sẵn nửa chôn, phòng công tắc cao thế và phòng công tắc thấp thế trong ba phòng chức năng cơ bản được đặt trên nền móng, trong khi phòng biến áp được đặt dưới và chìm xuống nền móng.

Thể tích tổng thể của sản phẩm tương đối nhỏ. Trạm biến áp chế tạo sẵn chôn hoàn toàn có nghĩa là toàn bộ sản phẩm chìm xuống nền móng, chỉ có các lỗ kiểm tra hoặc lỗ thông gió được lộ ra trên nền móng. Loại sản phẩm này đặc biệt phù hợp cho trung tâm thành phố hoặc các khu vực cốt lõi đông đúc, giảm tác động thị giác của sản phẩm lên môi trường sử dụng và tăng cường sự an toàn và đáng tin cậy của việc vận hành sản phẩm.

7) Phân loại theo các phương pháp bố trí khác nhau của phòng chức năng

Theo các cách bố trí hoặc kết hợp khác nhau của ba phòng chức năng cơ bản (phòng cao thế, phòng thấp thế, và phòng biến áp) của trạm biến áp chế tạo sẵn, chúng có thể được phân loại thêm thành trạm biến áp chế tạo sẵn hình "mắt", trạm biến áp chế tạo sẵn hình "chữ kim", trạm biến áp chế tạo sẵn hình "H", trạm biến áp chế tạo sẵn hình "dumbbell", trạm biến áp chế tạo sẵn hình "sân", v.v.

Trong trạm biến áp chế tạo sẵn hình "mắt", phòng biến áp được bố trí ở giữa, trong khi phòng cao thế và phòng thấp thế được bố trí ở hai bên. Bố cục tổng thể của nó tương tự như chữ "Mắt" trong tiếng Trung. Trong trạm biến áp chế tạo sẵn hình "kim", ba phòng chức năng được bố trí cùng nhau, giống như hình chữ "Kim" trong tiếng Trung.

Trong trạm biến áp chế tạo sẵn hình "H", phòng cao thế và phòng thấp thế được làm thành các hộp riêng biệt, và các bộ phận sống của biến áp ngâm chất lỏng được đóng kín hoàn toàn và đặt giữa hai hộp. Ngoài ra, lưới chắn được sử dụng ở hai bên biến áp để bảo vệ và cách ly đơn giản, cải thiện điều kiện tản nhiệt khi biến áp hoạt động. Trong trạm biến áp chế tạo sẵn hình "dumbbell", thực tế có một bộ tủ công tắc cao thế, hai bộ biến áp và tủ công tắc thấp thế.

Phòng cao thế được đặt ở giữa hộp, trong khi phòng biến áp và phòng thấp thế được đặt ở hai bên phòng biến áp. Bố cục tổng thể của mỗi phòng chức năng có hình dạng "dumbbell". Trong trạm biến áp chế tạo sẵn hình "sân", phòng thấp thế được chia thành hai khoang độc lập (phòng công tắc thấp thế và phòng tự động hóa). Cùng với phòng cao thế và phòng biến áp, bố cục tổng thể có hình dạng chữ "Sân" trong tiếng Trung.

8) Phân loại theo tên gọi thông thường

Theo các đặc điểm chính và tên gọi thông thường của sản phẩm, trạm biến áp chế tạo sẵn được chia thành trạm biến áp kiểu châu Âu, trạm biến áp kiểu Mỹ, và trạm biến áp kiểu Trung Quốc.

Các đơn vị chính (thiết bị công tắc cao thế, thiết bị công tắc thấp thế, biến áp) của trạm biến áp chế tạo sẵn đều là sản phẩm tiêu chuẩn đã được hoàn thiện sau các bài kiểm tra loại. Ban đầu, chúng chủ yếu được nhập khẩu từ các nước châu Âu như Đức, thường được gọi là "trạm biến áp kiểu châu Âu". Các đặc điểm chính của chúng bao gồm sự kết nối và kết hợp của các thành phần chính, các phương án thiết kế linh hoạt và thay đổi, và việc mở rộng công suất biến áp tương đối thuận tiện. Hiện nay, chúng được sử dụng rộng rãi cả trong mạng phân phối và hệ thống phát điện.

Theo tiêu chuẩn JB/T 10217, trạm biến áp kiểu Mỹ là trạm biến áp chế tạo sẵn trong đó công tắc cao thế được cài đặt trong thùng dầu biến áp và dầu biến áp được sử dụng làm chất cách điện và dập hồ quang, trong khi công tắc thấp thế được cài đặt trong hộp thấp thế. Ví dụ, trạm biến áp chế tạo sẵn tiết kiệm 10 kV đại diện bởi Công ty Cooper của Mỹ thường được gọi là "trạm biến áp kiểu Mỹ".

Đặc điểm chính của trạm biến áp kiểu Mỹ là công tắc tải cao thế, lõi biến áp, cuộn dây, v.v. được ngâm trong cùng một thùng dầu, và dầu biến áp được sử dụng chung làm chất cách điện, dập hồ quang, và làm mát. Nó sử dụng bảo vệ kép bằng cầu chì, và cầu chì có tính nhạy cảm cả về dòng điện và nhiệt độ, cải thiện đáng kể độ nhạy và độ tin cậy của bảo vệ biến áp. Các ưu điểm chính của trạm biến áp kiểu Mỹ là kích thước nhỏ, cấu trúc紧凑型预制变电站的另一个形式。 第4章 结论

在电网中，预制变电站具有高集成度、灵活方案、多样化方法、建设周期短、占地面积小、制造成本低等特点。它们在各行各业中的应用越来越广泛，从最初的10kV电压等级的终端用户应用扩展到35kV（110kV，220kV）电压等级的电力负荷中心。

由于它具备变电站的所有基本特性，随着高压开关设备、低压开关设备、变压器和自动化等配套产业的发展，它显示出越来越强的市场活力。从配电网中的电能分配到新能源领域的电能传输，或实现电池组与电网之间的电能交换或电能质量治理，其应用非常广泛。它还推动了相关制造业的快速发展和相关行业技术水平的不断提高，成为输配电行业中变电站的重要组成部分或补充。

4. Kết luận

Trong lưới điện, trạm biến áp chế tạo sẵn có đặc điểm là độ tích hợp cao, các phương án linh hoạt, đa dạng phương pháp, chu kỳ xây dựng ngắn, diện tích chiếm ít, và chi phí sản xuất thấp. Chúng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, từ ứng dụng ban đầu cho người dùng cuối ở cấp điện áp 10 kV đến trung tâm tải điện ở cấp điện áp 35 kV (110 kV, 220 kV).

Do nó có tất cả các đặc điểm cơ bản của một trạm biến áp, với sự phát triển của các ngành công nghiệp hỗ trợ như thiết bị công tắc cao thế, thiết bị công tắc thấp thế, biến áp, và tự động hóa, nó đang thể hiện sức sống thị trường ngày càng mạnh mẽ. Từ việc phân phối năng lượng điện trong mạng phân phối đến việc truyền tải năng lượng điện trong lĩnh vực năng lượng mới, hoặc thực hiện việc trao đổi năng lượng điện giữa bộ pin và lưới điện hoặc quản lý chất lượng năng lượng điện, ứng dụng của nó rất rộng rãi. Nó cũng đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các ngành sản xuất liên quan và sự cải thiện liên tục của kỹ thuật trong các ngành liên quan, trở thành một phần quan trọng hoặc bổ sung cho các trạm biến áp trong ngành truyền tải và phân phối điện.