Pembangunan Prototaip Transformator Pembahagian Fasa Tunggal 20 kV

Dyson

Medan: Standard Elektrik

China

1. Reka Bentuk Penjana Tegangan Tunggal 20 kV

Sistem pengagihan 20 kV biasanya menggunakan laluan kabel atau rangkaian campuran kabel - laluan udara, dan titik neutralnya kebanyakannya dihubungkan ke tanah melalui rintangan kecil. Apabila terjadi penghujungan tunggal, tidak akan ada masalah bahawa voltan fasa akan meningkat lebih daripada √3 kali seperti dalam kes gangguan tunggal pada sistem 10 kV. Oleh itu, penjana tegangan tunggal sistem 20 kV boleh mengamalkan jenis penghujungan hujung kumparan. Ini dapat mengurangkan insulasi utama penjana tegangan tunggal, menjadikan isipadu dan kos penjana tegangan tunggal 20 kV tidak berbeza banyak dengan yang 10 kV.

2. Pilihan Voltan Impuls dan Ujian

Untuk tahap impuls asas (BIL) dan tahap ujian insulasi penjana tegangan tunggal 20 kV, pertimbangannya adalah seperti berikut:

Standard Nasional Amerika ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) menetapkan bahawa tahap impuls asas (BIL) sisi tekanan tinggi (20 kV) adalah 125 kV; voltan nominal komponen tekanan tinggi adalah 15.2 kV, dan voltan tahanan AC (60 Hz/min) adalah 40 kV.

Ujian insulasi menetapkan bahawa ujian voltan dikenakan tidak diperlukan, tetapi ujian voltan induksi mesti dilakukan. Semasa ujian, setelah voltan dikenakan kepada terminal keluaran satu kumparan, voltan setiap terminal keluaran tekanan tinggi ke tanah mencapai 1 kV tambah 3.46 kali voltan nominal kumparan penjana. Itu bermaksud, dalam ujian induksi (ujian frekuensi dua kali ganda dan voltan dua kali ganda), tekanan tinggi adalah:

2.1 Sisi Tekanan Rendah (240/120 V)

Tahap Impuls Asas (BIL): 30 kV
Voltan Tahanan AC (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Mengikut Peraturan Ujian Kualiti Penjana Negara China

Sisi tekanan tinggi:

Tahap Impuls Asas (BIL): 125 kV (gelombang penuh), 140 kV (gelombang terpotong)
Voltan Tahanan Induksi AC (200 Hz/min): 40 kV

Sisi tekanan rendah:

Voltan Dikenakan (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktur dan Ciri-ciri Penjana Tegangan Tunggal 20 kV

Dua spesifikasi (50 kVA dan 80 kVA) telah diprototip, kedua-duanya mengamalkan struktur besi luar. Untuk mengurangkan insulasi utama, struktur insulasi hujung ditambah. Soket tunggal digunakan untuk keluaran. Hujung kumparan tekanan tinggi dihubungkan ke tanah dan disambungkan ke tangki. Kumparan tekanan rendah adalah struktur kumparan tunggal.

3.1 Perbandingan Prestasi Teknikal Antara Prototip Penjana Tegangan Tunggal 20 kV dan 10 kV

Perbandingan kerugian antara 20 kV dan 10 kV (mengambil contoh 50 kVA dan 80 kVA) ditunjukkan dalam Jadual 1.

Perbandingan berat antara 20 kV dan 10 kV (mengambil contoh 50 kVA dan 80 kVA) ditunjukkan dalam Jadual 2.

4. Penjana Tegangan Tunggal Dual-voltan 20 kV∥10 kV

Peningkatan sistem pengagihan 10 kV ke 20 kV melibatkan penggantian peralatan penting seperti penjana tegangan. Penggantian yang mahal dan pemutusan bekalan elektrik yang mengganggu produksi membuat reka bentuk penjana tegangan tunggal dual-voltan (10 kV/20 kV) menjadi penyelesaian untuk mengurangkan masalah ini.

4.1 Reka Bentuk

Berdasarkan penjana tegangan tunggal inti gulung 10 kV, varian dual-voltan ini memanfaatkan hubungan 20 kV = 2×10 kV, menggunakan kumparan primer siri-paralel. Dengan dua kumparan tekanan tinggi paralel, dua tiang inti mendapat kumparan tekanan tinggi/rendah (kumparan tekanan tinggi paralel). Dua kumparan tekanan rendah bersiri pada "titik tengah" mengeluarkan ±220 V - tanah untuk dua pengguna. Biar $W 1$ (bilangan putaran tekanan tinggi) dan $W 2$ (bilangan putaran tekanan rendah). Dalam paralel, $U 1 /U 2 = W 1 /W 2 = 10 kV /220V$ , dan arus tekanan tinggi total berganda dua kali arus kumparan tunggal. Dalam siri, arus input tekanan tinggi sama dengan arus kumparan.

4.2 Aplikasi Beralih

Kapasiti kekal konsisten untuk input tekanan tinggi 20 kV atau 10 kV. Pada input 20 kV, dua kumparan tekanan tinggi bersiri bermaksud setiap kumparan membawa 10 kV. Dengan arus tekanan tinggi $I 1$ , kapasiti $S 1 = I 1 ×20 = 20I 1$ (kVA). Diberalihkan ke 10 kV, kumparan tekanan tinggi paralel memberikan arus input $2I 1$ , jadi $S 1 = 2I 1 ×10 = 20I 1$ (kVA). Oleh itu, $S 1 = S 2)$ .

4.3 Struktur

Struktur serupa dengan penjana tegangan tunggal inti gulung (paten No. 4612429).
Peralihan voltan 10 kV/20 kV menggunakan perubahan tap berkena yang boleh dipercayai.
Insulasi memenuhi standard penjana 20 kV IEC (voltan impuls bernilai: 125 kV).
Bunyi mematuhi spesifikasi teknikal IEC dan syarikat tenaga berkaitan.

4.4 Kelebihan Penjana Tegangan Tunggal Dual-voltan

Penghematan Tenaga：Kerugian garis sistem pengagihan 20 kV adalah 25% daripada sistem 10 kV, mencapai penghematan tenaga sebanyak 75%. Dengan mengamalkan teknologi inti gulung tunggal dalam reka bentuk ini, kerugian beban kosong penjana adalah 30% lebih rendah daripada penjana pengagihan jenis S11 yang digunakan sekarang.
Penghematan Kos Pembinaan：Semasa peningkatan dari 10 kV ke 20 kV, hanya diperlukan peralihan switch untuk menukar voltan. Ini mengurangkan masa pemutusan bekalan, dan seluruh proses operasi boleh diselesaikan dalam beberapa minit sahaja.

5. Kesimpulan

Kebanyakan titik neutral sistem 20 kV dihubungkan ke tanah melalui sistem rintangan kecil. Oleh itu, lebih mudah untuk mengendalikan insulasi utama penjana tegangan tunggal pada tahap 20 kV berbanding tahap 10 kV.
Kerugian beban penjana tegangan tunggal kelas 20 kV adalah pada tahap yang sama dengan penjana kelas 10 kV; beratnya juga pada tahap yang serupa. Dari segi kerugian beban kosong, 20 kV lebih rendah daripada 10 kV. Berkenaan impedans, penjana tegangan tunggal 20 kV adalah 20% lebih tinggi daripada penjana 10 kV.
Penjana tegangan tunggal 20 kV agak ekonomi. Harganya tidak akan berbeza banyak daripada penjana tegangan tunggal kelas 10 kV.
Penjana tegangan tunggal dual-voltan 20 kV∥10 kV boleh digunakan dalam kedua-dua sistem pengagihan 10 kV dan 20 kV. Apabila meningkatkan sistem 10 kV ke 20 kV, tidak perlu mengganti penjana; cukup dengan membalik switch perubahan. Ini adalah kaedah yang agak ekonomi dan mudah.