Prototipa izstrāde 20 kV vienfazai pārveidošanas transformatoram

1. 20 kV vienfāzes pārveidotāja dizains

20 kV apgādājuma sistēmā parasti izmanto kabeļu līnijas vai miksētas kabeļu - gaisa līniju tīklu, un nulles punkts bieži tiek zemes savienots ar mazu pretestību. Ja notiek vienfāzes uzliesmošanās, fāzes spriegums nepārsniedz √3 reizes, kā tas ir 10 kV sistēmā pie vienfāzes kļūdas. Tādēļ, 20 kV sistēmas vienfāzes pārveidotājam var izmantot koilas beigu zemes savienojumu. Tas samazina galveno izolāciju vienfāzes pārveidotājam, padarot 20 kV vienfāzes pārveidotāja tilpumu un cenu ne daudz atšķirīgu no 10 kV pārveidotāja.

2. Impulsa un testa sprieguma izvēle

Par 20 kV vienfāzes pārveidotāja pamata impulsa līmeni (BIL) un izolācijas testa līmeni jāņem vērā šādi:

Amerikas Nacionālais standarts ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) noteikti, ka augstsprieguma puses (20 kV) pamata impulsa līmenis (BIL) ir 125 kV; augstsprieguma komponentes nomālais spriegums ir 15.2 kV, un AC izturības spriegums (60 Hz/min) ir 40 kV.

Izolācijas tests nosaka, ka nav nepieciešams veikt piestiprināto sprieguma testu, bet ir jāveic inducētais sprieguma tests. Testa laikā, kad tiek piestiprināts spriegums vienas koiles izietejam, katrs augstsprieguma izietejā dzelmei sasniedz 1 kV plus 3.46 reizes pārveidotāja koiles nomālajam spriegumam. Tātad, inducētajā testā (frekvence dubultota un spriegums dubultots), augstspriegums ir:

2.1 Zemsprieguma puse (240/120 V)

• Pamata impulsa līmenis (BIL): 30 kV

• AC izturības spriegums (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Saskaņā ar Ķīnas Nacionālajiem pārveidotāju kvalitātes uzraudzības testa regulējumiem

• Augstsprieguma puse:

• Pamata impulsa līmenis (BIL): 125 kV (pilns vilnis), 140 kV (apjuktais vilnis)

• AC inducētais izturības spriegums (200 Hz/min): 40 kV

• Zemsprieguma puse:

• Piestiprinātais spriegums (50 Hz/min): 4 kV

3. 20 kV vienfāzes pārveidotāju struktūra un īpašības

Prototipa izstrāde tika veikta divos variantos (50 kVA un 80 kVA), abiem izmantojot ārējo dzelzs struktūru. Lai samazinātu galveno izolāciju, tika pievienota beigu izolācijas struktūra. Izietei izmantota viena buša. Augstsprieguma koiles beigas tiek zemes savienotas un piesaistītas rezervoiram. Zemsprieguma koila ir vienāda koilas struktūra.

3.1 Tehniskās raksturības salīdzinājums starp prototipa 20 kV un 10 kV vienfāzes pārveidotājiem

• Zaudējumu salīdzinājums starp 20 kV un 10 kV (piemēram, 50 kVA un 80 kVA) redzams Tabulā 1.

• Sverības salīdzinājums starp 20 kV un 10 kV (piemēram, 50 kVA un 80 kVA) redzams Tabulā 2.

4. 20 kV∥10 kV vienfāzes divsprieguma pārveidotājs

10 kV apgādājuma sistēmas modernizācija uz 20 kV ietver galveno aprīkojumu, tostarp pārveidotāju, aizvietošanu. Dārgi aizvietojumi un elektroenerģijas pārtraukumi, kas traucē ražošanai, padara vienfāzes divsprieguma (10 kV/20 kV) pārveidotāja dizainu par risinājumu, lai samazinātu šos jautājumus.

4.1 Dizains

Balstoties uz 10 kV apvilktnes kodolu vienfāzes pārveidotāju, šis divsprieguma variants izmanto 20 kV = 2×10 kV attiecību, izmantojot sērijveida paralēlas primārās koiles. Ar divām paralēlām augstsprieguma koilēm, divi kodola stabi iegūst augstsprieguma/zemsprieguma koiles (augstsprieguma koiles paralēli). Divas zemsprieguma koiles sērijā "viduspunktā" iziet ±220 V - zeme diviem lietotājiem. Pieņemsim, ka W₁ (augstsprieguma gājiens) un W₂ (zemsprieguma gājiens). Paralēlās, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, un kopējais augstsprieguma strāva dubultojas vienas koiles strāvai. Sērijā, augstsprieguma ieplūstošā strāva ir vienāda ar koiles strāvu.

4.2 Pārslēgšanas pielietojums

Jauda paliek nemainīga gan 20 kV, gan 10 kV augstsprieguma ieplūstošajā strāvā. Pie 20 kV ieplūstošajā strāvā, divas augstsprieguma koiles sērijā nozīmē, ka katra nodzena 10 kV. Ar augstsprieguma strāvi I₁, jauda S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Pārslēdzot uz 10 kV, paralēlās augstsprieguma koiles dod 2I₁ ieplūstošo strāvi, tāpēc S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Tātad, S₁ = S₂.

4.3 Struktūra

• Struktūra atbilst vienfāzes apvilktnes kodolu pārveidotājam (patents Nr. 4612429).

• 10 kV/20 kV sprieguma maiņa izmanto uzticamu kontaktstripa tapchanger.

• Izolācija atbilst IEC 20 kV pārveidotāju standartiem (nomālais impulsa spriegums: 125 kV).

• Troksnis atbilst IEC un saistīto enerģijas uzņēmumu tehniskajiem specifikācijām.

4.4 Vienfāzes divsprieguma pārveidotāja priekšrocības

• Enerģijas taupība: 20 kV apgādājuma sistēmas līnijas zaudējumi ir tikai 25% no 10 kV apgādājuma sistēmas, sasniedzot 75% enerģijas ietaupījumu. Šajā dizainā izmantojot vienfāzes apvilktnes tehnoloģiju, pārveidotāja bezslodzes zaudējumi ir 30% zemāki nekā pašlaik izmantotajā S11 tipa pārveidotājā.

• Cenas ietaupījumi: 10 kV uz 20 kV modernizācijas laikā ir nepieciešama tikai sprieguma maiņas slēgšana, lai mainītu spriegumu. Tas samazina elektroenerģijas pārtraukuma laiku, un visu darbības procesu var izpildīt tikai dažās minūtēs.

5. Secinājumi

• Lielākā daļa 20 kV sistēmu nulles punkti tiek zemes savienoti ar mazu pretestību sistēmu. Tādēļ, 20 kV līmenī vienfāzes pārveidotāju galvenās izolācijas apstrāde ir vieglāka nekā 10 kV līmenī.

• 20 kV klases vienfāzes pārveidotāju slodzes zaudējumi ir līdzīgi 10 kV klases pārveidotājiem; to svars arī ir salīdzināms. Bezslodzes zaudējumu ziņā 20 kV ir zemāks nekā 10 kV. Attiecībā uz impedanci, 20 kV vienfāzes pārveidotājs ir 20% augstāks nekā 10 kV pārveidotājs.

• 20 kV vienfāzes pārveidotājs ir salīdzinoši ekonomisks. Tā cena būs ne daudz atšķirīga no 10 kV klases vienfāzes pārveidotājiem.

• 20 kV∥10 kV vienfāzes divsprieguma pārveidotājs var tikt izmantots gan 10 kV, gan 20 kV apgādājuma sistēmās. Modernizējot 10 kV sistēmu uz 20 kV sistēmu, nav nepieciešams aizvietot pārveidotāju; pietiek vienkārši pārslēgt sprieguma maiņas slēdzi. Tas ir salīdzinoši ekonomisks un ērtāks risinājums.