Udvikling af prototype for 20 kV enefasede distributionstransformator

1. Design af 20 kV enefase fordelingstransformator

20 kV fordelingssystemer anvender ofte kabellinjer eller blandede kabelluftledningsnetværk, og neutralpunktet er mest ofte jordet gennem en lille modstand. Når der opstår en enefase jordforbindelse, vil der ikke være problemet med, at fasevoltage stiger mere end √3 gange som i tilfælde af en enefase fejl i et 10 kV system. Derfor kan enefase fordelingstransformatorerne i 20 kV-systemet bruge typen spoleendes jordforbindelse. Dette kan reducere hovedisoleringen på enefase fordelingstransformatorerne, hvilket gør volumen og omkostningerne ved 20 kV enefase fordelingstransformatorer ikke meget forskellige fra dem ved 10 kV.

2. Vælgelse af impuls- og prøvespændinger

For grundimpulsniveau (BIL) og isolationsprøveniveau for 20 kV enefase fordelingstransformator, overvejelserne er følgende:

Den amerikanske nationalstandard ANSI C57.12.00–1973 (IEEE Std 462–1972) fastsætter, at grundimpulsniveauet (BIL) på højspændings side (20 kV) er 125 kV; den nominelle spænding på højspændingskomponenten er 15.2 kV, og AC udmåtningsvoltage (60 Hz/min) er 40 kV.

Isolationsprøven fastsætter, at anvendt voltageprøve er ikke nødvendig, men induceret voltageprøve skal udføres. Under prøven, når der anvendes en spænding på udgående terminal på en spole, når spændingen på hver højspændingsudgående terminal til jorden 1 kV plus 3,46 gange den nominelle spænding på transformatorspolen. Det betyder, at i induktionsprøven (frekvensdoblet og spændingsdoblet prøve), højspændingen er:

2.1 Lavspændings side (240/120 V)

• Grundimpulsniveau (BIL): 30 kV

• AC udmåtningsvoltage (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Ifølge Kinas nationale transformerkvalitetskontroltestbestemmelser

• Højspændings side:

• Grundimpulsniveau (BIL): 125 kV (fuld bølge), 140 kV (afkortede bølger)

• AC induceret udmåtningsvoltage (200 Hz/min): 40 kV

• Lavspændings side:

• Anvendt voltage (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktur og egenskaber af 20 kV enefase fordelingstransformatorer

To specifikationer (50 kVA og 80 kVA) blev prototypet, begge anvendte en ydre-jernstruktur. For at reducere hovedisolering blev en spoleendes isoleringsstruktur tilføjet. En enkel buske anvendes til ledning. Spolen på højspændings enden er jordet og forbundet til tanken. Lavspændings vindingen er en enkelt-spole struktur.

3.1 Teknisk ydeevne sammenligning mellem prototypede 20 kV og 10 kV enefase fordelingstransformatorer

• Tab sammenligning mellem 20 kV og 10 kV (vedr. 50 kVA og 80 kVA) vises i Tabel 1.

• Vægt sammenligning mellem 20 kV og 10 kV (vedr. 50 kVA og 80 kVA) vises i Tabel 2.

4. 20 kV∥10 kV enefase dobbeltspændings fordelingstransformator

Opgradering af et 10 kV til et 20 kV fordelingssystem involverer udstyr som fordelingstransformatorer. Høje omkostninger til erstattelse og strømafbrydelser, der forstyrrer produktion, gør design af en dobbeltspændings (10 kV/20 kV) enefase transformator til en løsning, der letter disse problemer.

4.1 Design

Baseret på 10 kV viklekernev enefase fordelingstransformator, anvender denne dobbeltspændingsvariant forholdet 20 kV = 2×10 kV, ved hjælp af serie-parallelle primære spoler. Med to parallelle højspændings spoler, får to kernekolonner højspændings/lavspændings vindinger (højspændings spoler parallelt). To lavspændings spoler i serie ved "midtpunkt" giver ±220 V - jord for to brugere. Lad W₁ (højspændings vikler) og W₂ (lavspændings vikler). I parallel, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220 V, og total højspændingsstrøm fordobles en enkelt spoles. I serie, højspændings indgangsstrøm er lig spolestrømmen.

4.2 Skiftanvendelse

Kapacitet forbliver konstant for 20 kV eller 10 kV højspændings indgang. Ved 20 kV indgang, to højspændings spoler i serie betyder, at hver bærer 10 kV. Med højspændingsstrøm I₁, kapacitet S₁ = I₁×20 = 20I₁ (kVA). Skifter til 10 kV, parallelle højspændings spoler giver 2I₁ indgangsstrøm, så S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Dermed, S₁ = S₂.

4.3 Struktur

• Strukturen matcher enefase viklekernev transformator (patent nr. 4612429).

• 10 kV/20 kV spændingsskift anvender en pålidelig kontaktstrip tap-changer.

• Isolation opfylder IEC 20 kV transformator standarder (nominel impuls voltage: 125 kV).

• Støj overholder IEC og relevante energiselskabers tekniske specifikationer.

4.4 Fordel ved enefase dobbeltspændings transformator

• Energibesparelse: Linjetab i 20 kV fordelingssystemet er 25% af det i 10 kV fordelingssystemet, hvilket resulterer i 75% energibesparelse. Ved at anvende enefase viklekernev teknologi i dette design, er tomkørselstabet på transformatoren 30% lavere end den nu anvendte S11-type fordelingstransformator.

• Besparelse på konstruktionsomkostninger: Under opgradering fra 10 kV til 20 kV, kræves kun en skiftbryder til at skifte spændingen. Dette reducerer strømafbrydelsen, og hele driftsprocessen kan udføres på få minutter.

5. Konklusion

• De fleste neutrale punkter i 20 kV-systemet er jordet gennem et lille modstandssystem. Derfor er det lettere at håndtere hovedisoleringen på enefase transformatorer på 20 kV-niveau sammenlignet med 10 kV-niveau.

• Lasttab på 20 kV-klassens enefase transformatorer er på samme niveau som de ved 10 kV-klassen; deres vægt er også på et sammenligneligt niveau. I forhold til tomkørselstab, er 20 kV lavere end 10 kV. I forhold til impedans, er 20 kV enefase transformator 20% højere end 10 kV.

• 20 kV enefase transformator er relativt økonomisk. Dens pris vil ikke være markant forskellig fra den på 10 kV-klassens enefase transformatorer.

• 20 kV∥10 kV enefase dobbeltspændings fordelingstransformator kan anvendes både i 10 kV og 20 kV fordelingssystemer. Når der opgraderes fra et 10 kV-system til et 20 kV-system, er der ingen behov for at erstatte transformator; det er nok at skifte skiftbryderen. Det er en relativt økonomisk og bekvem metode.