Πρωτοτυπική Ανάπτυξη 20 kV Μονοφασικού Διανεμητικού Μετατροχέα

Dyson

Πεδίο: Ηλεκτρικά Πρότυπα

China

1. Σχεδιασμός 20 kV Μονοφασικού Διανεμητικού Μετατροπέα

Τα 20 kV συστήματα διανομής συνήθως χρησιμοποιούν καλωδιακές γραμμές ή μείγμα καλωδιακών-αεροφωνικών δικτύων, ενώ το ουδέτερο σημείο είναι πιο συχνά εδραιωμένο μέσω μικρής αντίστασης. Όταν συμβαίνει μονοφασική σύνδεση στο ουδέτερο, δεν υπάρχει πρόβλημα ώστε η φασική τάση να αυξηθεί περισσότερο από √3 φορές, όπως στην περίπτωση μονοφασικού σφάλματος σε ένα 10 kV σύστημα. Επομένως, ο μονοφασικός διανεμητικός μετατροπέας του 20 kV συστήματος μπορεί να χρησιμοποιήσει τον τύπο εδραίωσης του άκρου της βίτσας. Αυτό μπορεί να μειώσει την κύρια απομόνωση του μονοφασικού διανεμητικού μετατροπέα, κάνοντας τον όγκο και το κόστος του 20 kV μονοφασικού διανεμητικού μετατροπέα να μην διαφέρουν πολύ από τους 10 kV.

2. Επιλογή Παρακμάζουσας και Δοκιμαστικής Τάσης

Για το βασικό επίπεδο παρακμάζουσας (BIL) και το επίπεδο δοκιμής απομόνωσης του 20 kV μονοφασικού διανεμητικού μετατροπέα, οι συνειδητοποιήσεις είναι οι εξής:

Ο Αμερικανικός Εθνικός Κανόνας ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) καθορίζει ότι το βασικό επίπεδο παρακμάζουσας (BIL) της υψηλής τάσης (20 kV) είναι 125 kV; η ρευστή τάση του συστατικού υψηλής τάσης είναι 15.2 kV, και η ηλεκτροστατική αντοχή (60 Hz/min) είναι 40 kV.

Η δοκιμή απομόνωσης καθορίζει ότι δεν απαιτείται η δοκιμή εφαρμογής τάσης, αλλά πρέπει να γίνει η δοκιμή επαναστατικής τάσης. Κατά τη δοκιμή, μετά την εφαρμογή τάσης στο έξοδο μιας βίτσας, η τάση κάθε έξοδου υψηλής τάσης σε σχέση με τη γη φτάνει σε 1 kV πλέον 3.46 φορές τη ρευστή τάση της βίτσας του μετατροπέα. Δηλαδή, κατά τη δοκιμή επαναστατικής τάσης (διπλασιασμός συχνότητας και τάσης), η υψηλή τάση είναι:

2.1 Κατώφλιο (240/120 V)

Βασικό Επίπεδο Παρακμάζουσας (BIL): 30 kV
Ηλεκτροστατική Αντοχή (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Σύμφωνα με τους Κανόνες Εθνικής Δοκιμής Ποιότητας Μετατροπέων της Κίνας

Υψηλή τάση:

Βασικό Επίπεδο Παρακμάζουσας (BIL): 125 kV (πλήρης κύμα), 140 kV (κομμένο κύμα)
Ηλεκτροστατική Αντοχή Επαναστατικής Τάσης (200 Hz/min): 40 kV

Κατώφλιο:

Εφαρμογή Τάσης (50 Hz/min): 4 kV

3. Δομή και Χαρακτηριστικά 20 kV Μονοφασικών Διανεμητικών Μετατροπέων

Δύο εκδοχές (50 kVA και 80 kVA) πρωτοτυπήθηκαν, και και οι δύο χρησιμοποιούν δομή εξωτερικού σιδήρα. Για τη μείωση της κύριας απομόνωσης, προστέθηκε δομή απομόνωσης στο άκρο. Χρησιμοποιείται ένα μοναδικό μπουσό για έξοδο. Το άκρο της βίτσας υψηλής τάσης είναι εδραιωμένο και συνδέεται με το δοχείο. Η βίτσα χαμηλής τάσης είναι μονοβίτσα.

3.1 Τεχνική Σύγκριση Απόδοσης Πρωτοτύπων 20 kV και 10 kV Μονοφασικών Διανεμητικών Μετατροπέων

Η σύγκριση απώλειας μεταξύ 20 kV και 10 kV (παίρνοντας ως παράδειγμα 50 kVA και 80 kVA) εμφανίζεται στον Πίνακα 1.

Η σύγκριση βάρους μεταξύ 20 kV και 10 kV (παίρνοντας ως παράδειγμα 50 kVA και 80 kVA) εμφανίζεται στον Πίνακα 2.

4. 20 kV∥10 kV Μονοφασικό Διπλής Τάσης Διανεμητικός Μετατροπέας

Η αναβάθμιση από ένα 10 kV σε ένα 20 kV σύστημα διανομής περιλαμβάνει την αντικατάσταση κλειδιάς εξοπλισμού όπως διανεμητικοί μετατροπείς. Οι υψηλοί κόστοι αντικατάστασης και οι διακοπές ρεύματος που διακόπτουν την παραγωγή κάνουν τη σχεδίαση ενός μονοφασικού μετατροπέα διπλής τάσης (10 kV/20 kV) μια λύση για να αντιμετωπίσει αυτά τα προβλήματα.

4.1 Σχεδιασμός

Βασισμένος στον 10 kV μονοφασικό διανεμητικό μετατροπέα με εντυπωσιασμένη πύλη, αυτός ο μετατροπέας διπλής τάσης εκμεταλλεύεται τη σχέση 20 kV = 2×10 kV, χρησιμοποιώντας σειριακό-παράλληλες βίτσες πρωταρχικού. Με δύο παράλληλες βίτσες υψηλής τάσης, δύο στύλοι πυρήνα παίρνουν βίτσες υψηλής/χαμηλής τάσης (παράλληλες βίτσες υψηλής τάσης). Δύο βίτσες χαμηλής τάσης σε σειρά στο "μέσο" εξαγωγή ±220 V - γη για δύο χρήστες. Έστω $W 1$ (στροφές υψηλής τάσης) και $W 2$ (στροφές χαμηλής τάσης). Σε παράλληλη, $U 1 /U 2 = W 1 /W 2 = 10 kV /220V$ , και η συνολική ροή υψηλής τάσης διπλασιάζεται από μία μοναδική βίτσα. Σε σειρά, η εισαγωγή ροής υψηλής τάσης ισούται με τη ροή βίτσας.

4.2 Εφαρμογή Σύρματος

Η δύναμη παραμένει σταθερή για εισαγωγές υψηλής τάσης 20 kV ή 10 kV. Σε εισαγωγή 20 kV, δύο βίτσες υψηλής τάσης σε σειρά σημαίνει ότι κάθε μία φέρει 10 kV. Με ροή υψηλής τάσης $I 1$ , η δύναμη $S 1 = I 1 ×20 = 20I 1$ (kVA). Σε 10 kV, παράλληλες βίτσες υψηλής τάσης δίνουν $2I 1$ εισαγωγική ροή, έτσι $S 1 = 2I 1 ×10 = 20I 1$ (kVA). Επομένως, $S 1 = S 2)$ .

4.3 Δομή

Η δομή ταιριάζει στον μονοφασικό μετατροπέα με εντυπωσιασμένη πύλη (αριθμός πατέντας 4612429).
Η 10 kV/20 kV επιλογή τάσης χρησιμοποιεί έναν αξιόπιστο επικοινωνιακό πίνακα αλλαγής τάσης.
Η απομόνωση συμμορφώνεται με τα πρότυπα IEC για 20 kV μετατροπείς (ρευστή παρακμάζουσα: 125 kV).
Η θόρυβος συμμορφώνεται με τα πρότυπα IEC και τεχνικά πρότυπα εταιρειών ρεύματος.

4.4 Πλεονεκτήματα Μονοφασικού Διπλής Τάσης Μετατροπέα

Εξοικονόμηση Ενέργειας: Το χαμένο ρεύμα του 20 kV συστήματος διανομής είναι 25% του 10 kV συστήματος, πετυχαίνοντας 75% εξοικονόμηση ενέργειας. Με την χρήση της τεχνολογίας μονοφασικού με εντυπωσιασμένη πύλη σε αυτό το σχεδιασμό, η απώλεια χωρίς φορτίο του μετατροπέα είναι 30% χαμηλότερη από τον τρέχοντα S11-τύπο διανεμητικό μετατροπέα.
Εξοικονόμηση Κατασκευαστικών Κόστων: Κατά την αναβάθμιση από 10 kV σε 20 kV, απαιτείται μόνο ένας αλλαγέας τάσης για την αλλαγή τάσης. Αυτό μειώνει το χρόνο διακοπής ρεύματος, και ολόκληρη η διαδικασία μπορεί να ολοκληρωθεί μέσα σε λίγα λεπτά.

5. Συμπέρασμα

Οι περισσότερες ουδέτερες σημεία του 20 kV συστήματος είναι εδραιωμένες μέσω μικρής αντίστασης. Επομένως, είναι ευκολότερο να αντιμετωπιστεί η κύρια απομόνωση των μονοφασικών μετατροπέων σε 20 kV σε σύγκριση με τα 10 kV.
Η απώλεια φορτίου των 20 kV μονοφασικών μετατροπέων είναι στο ίδιο επίπεδο με τους 10 kV, και το βάρος τους είναι επίσης σε συγκρίσιμο επίπεδο. Σε ό,τι αφορά την απώλεια χωρίς φορτίο, το 20 kV είναι χαμηλότερο από το 10 kV. Ως προς την αντίσταση, ο 20 kV μονοφασικός μετατροπέας είναι 20% υψηλότερος από τον 10 kV.
Ο 20 kV μονοφασικός μετατροπέας είναι σχετικά οικονομικός. Το τιμή του δεν θα διαφέρει σημαντικά από τους 10 kV μονοφασικούς μετατροπέας.
Ο 20 kV∥10 kV μονοφασικός μετατροπέας διπλής τάσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε και 10 kV και 20 kV συστήματα διανομής. Κατά την αναβάθμιση ενός 10 kV συστήματος σε ένα 20 kV σύστημα, δεν χρειάζεται να αντικατασταθεί ο μετατροπέας, αρκεί να αλλάξει ο αλλαγέας τάσης. Είναι μια σχετικά οικονομική και βολική μέθοδος.