20 kV ühefaasilise jaotustellitranformatori prototüübi arendus

1. 20 kV ühefaasi jaotustransformaatori disain

20 kV jaotussüsteemides kasutatakse tavaliselt kaabelivõrke või segatud kaabel-öösikvõrkude, ning neutraalpunkt on enamasti maandatud väikese vastuvaatega. Kui esineb ühefaase maandumine, siis ei tekita see probleeme nagu 10 kV süsteemi puhul, kus faasispingel tõuseks rohkem kui √3 korda. Seetõttu saab 20 kV süsteemi ühefaase jaotustransformator kasutada sildmaandumise tüüpi lõpus. See võimaldab vähendada ühefaaselise jaotustransformatori peamist eraldust, mis muudab 20 kV ühefaase jaotustransformatori mahut ja hinda mitte palju erinevatena 10 kV transformatorist.

2. Impuls- ja katsete pingete valik

20 kV ühefaase jaotustransformatori põhiline impulsitingimus (BIL) ja eralduspindade katsetustingimus nõuavad järgmist:

Ameerika Rahvusstandard ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) määrab, et kõrgepinge poolt (20 kV) põhiline impulsitingimus (BIL) on 125 kV; kõrgepinge komponendi nimiaegne pinge on 15.2 kV, ja vahelduvkonna kestlikkus (60 Hz/min) on 40 kV.

Eralduskatte katsetused nõuavad, et rakendatava pingu katsetus pole vajalik, kuid on vaja läbi viia induktiivne pingu katsetus. Katsetuse käigus, pärast pingu rakendamist ühe spiraali väljundlõunas, jõuab iga kõrgepinge väljundlõuna pinge maaga 1 kV pluss 3.46 korda transformatorispiraali nimiaegne pinge. Teisisõnu, induktiivses katsetuses (kahekordne sagedus ja pinge) kõrgepinge on:

2.1 Madalpinge poolt (240/120 V)

• Põhiline impulsitingimus (BIL): 30 kV

• Vahelduvkonna kestlikkus (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Vastavalt Hiina rahvuslikele transformatori kvaliteedi järelevalvekatsetusteeskirjadele

• Kõrgepinge poolt:

• Põhiline impulsitingimus (BIL): 125 kV (täiskuju), 140 kV (lõigatkujuline)

• Vahelduvkonna induktiivne kestlikkus (200 Hz/min): 40 kV

• Madalpinge poolt:

• Rakendatav pinge (50 Hz/min): 4 kV

3. 20 kV ühefaase jaotustransformatorite struktuur ja omadused

Kaks spetsifikatsiooni (50 kVA ja 80 kVA) prototüüpiti, mõlemad kasutasid välisseermet. Peamise eralduse vähendamiseks lisati lõpperaldusstruktuur. Väljundiks kasutati ühte kõrgepinge kolmikut. Kõrgepinge spiraali lõpp on maandatud ja ühendatud tankiga. Madalpinge spiraal on ühespiraalne struktuur.

3.1 Tehniliste omaduste võrdlus prototüüpitud 20 kV ja 10 kV ühefaase jaotustransformatorite vahel

• 20 kV ja 10 kV (50 kVA ja 80 kVA näitena) kaotuste võrdlus on tabelis 1.

• 20 kV ja 10 kV (50 kVA ja 80 kVA näitena) kaaluvõrdlus on tabelis 2.

4. 20 kV∥10 kV ühefaase kahepingeline jaotustransformator

10 kV süsteemi 20 kV süsteemiks uuendamine nõuab oluliste seadmete, nagu jaotustransformatorite, asendamist. Kõrge hind ja energiatehingute katkestus tootmisele tekitavad probleeme, mistõttu on kahepingeline (10 kV/20 kV) ühefaase transformatori disain lahendus, mis aitab need probleemid leevendada.

4.1 Disain

Põhineb 10 kV ühefaase siduskeresel jaotustransformatoril, see kahepingeline variant kasutab 20 kV = 2×10 kV suhet, kasutades sariparalleelsed põhispiraalid. Kahe paralleelset kõrgepinge spiraali korral on kaks siduskerestulpadele kõrgepinge/madalpinge spiraalid (kõrgepinge spiraalid paralleelsed). Kaks madalpinge spiraali saridega "keskpunktis" annavad ±220 V - maaga kaks kasutajat. Olgu W₁ (kõrgepinge ringid) ja W₂ (madalpinge ringid). Paralleelselt on U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, ja kogu kõrgepinge vool on kaks korda suurem kui ühe spiraali vool. Sarides on kõrgepinge sisendvool võrdne spiraali vooluga.

4.2 Lülituslik rakendus

Suurus jääb sama 20 kV või 10 kV kõrgepinge sisendile. 20 kV sisendil on kaks kõrgepinge spiraali sari, mis tähendab, et iga spiraal kannab 10 kV. Kõrgepinge vool I₁ korral on suurus S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Lülitusel 10 kV paraleelsete kõrgepinge spiraalidega on sisendvool 2I₁, nii et S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Seega, S₁ = S₂).

4.3 Struktuur

• Struktuur vastab ühefaaselisele siduskeretransformatorile (patentinumber 4612429).

• 10 kV/20 kV voltagelülitus kasutab usaldusväärset kontaktriba-lülitit.

• Eraldus vastab IEC 20 kV transformatori standarditele (nimiaegne impulsiping: 125 kV).

• Mür täidab IEC ja vastavate energiaettevõtete tehnilisi spetsifikatsioone.

4.4 Ühefaase kahepingelise transformatori eelised

• Energiasääst：20 kV jaotussüsteemi joonkaotus on 25% 10 kV jaotussüsteemi joonkaotusest, mis toob 75% energiasäästu. Selle disaini abil kasutades ühefaaselise siduskeretehnoloogiat, on transformatori tühiolukorra kaotus 30% madalam kui praegu kasutatava S11-tüübilise jaotustransformatori.

• Ehitustööde kulude säästmine：10 kV süsteemi 20 kV süsteemiks uuendamisel on vaja ainult lülituslülitit, et lülituda voltagi. See vähendab energiatehingu katkestuse aega, ja kogu operatsioon saab lõpetada vaid mõne minuti jooksul.

5. Järeldus

• Enamik 20 kV süsteemi neutraalpunkte on maandatud väikese vastuvaatega süsteemi kaudu. Seetõttu on lihtsam kohaneda ühefaaste transformatorite peamise eraldusega 20 kV tasandil kui 10 kV tasandil.

• 20 kV klassi ühefaaste transformatorite laadimiskaotus on samas tasemel kui 10 kV klassi ühefaaste transformatorite; nende kaal on ka sarnane. Tühjaolukorra kaotuse osas on 20 kV madalam kui 10 kV. Impedantsi osas on 20 kV ühefaase transformator 20% kõrgem kui 10 kV ühefaase transformator.

• 20 kV ühefaase transformator on suhteliselt majanduslik. Selle hind ei erine oluliselt 10 kV klassi ühefaaste transformatoritest.

• 20 kV∥10 kV ühefaase kahepingeline jaotustransformator saab kasutada nii 10 kV kui 20 kV jaotussüsteemides. Kui 10 kV süsteemi uuendatakse 20 kV süsteemiks, ei pea transformatorit asendama; piisab lülituslülituse lülitamisest. See on suhteliselt majanduslik ja mugav meetod.