Prototyputvikling av 20 kV enefasedistribusjonstransformator

1. Design av 20 kV enefase fordeltransformator

20 kV fordelingsystemer bruker vanligvis kabellinjer eller blandede kabelluftledningsnettverk, og nøytralpunktet er ofte koblet til jord gjennom en liten motstand. Når det oppstår en enefasejording, vil det ikke være et problem at fasevoltage øker med mer enn √3 ganger som i tilfellet med en enefasefeil i et 10 kV system. Derfor kan den enefase fordeltransformator for 20 kV-systemet bruke typen jording av spolenes ende. Dette kan redusere hovedisoleringen av den enefase fordeltransformator, slik at volumet og kostnaden til 20 kV enefase fordeltransformator ikke blir mye forskjellig fra de til 10 kV.

2. Valg av impulsvolt og prøvevolt

For grunnleggende impulsnivå (BIL) og isoleringsprøvenivå for 20 kV enefase fordeltransformator, er overvegelserne følgende:

Den amerikanske nasjonale standard ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) fastsetter at grunnleggende impulsnivå (BIL) på høyvoldsiden (20 kV) er 125 kV; den nominelle spenningen på høyvoltskomponenten er 15.2 kV, og AC tålmodighetsspenning (60 Hz/min) er 40 kV.

Isoleringsprøven fastsetter at anvendt spenningsprøve ikke er nødvendig, men induksjonspenningsprøve må utføres. Under prøven, etter at spenning er lagt på utgangsterminalen av én vinding, når spenningen på hver høyvoldsutgangsterminal til jord 1 kV pluss 3.46 ganger den nominelle spenningen av transformatorvinding. Det vil si, i induksjonsprøven (frekvensdobling og spenningsdobling), er høyvold:

2.1 Lavvoldsiden (240/120 V)

• Grunnleggende impulsnivå (BIL): 30 kV

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

2.2 I henhold til Kinas nasjonale kvalitetskontrollprøvere for transformatorer

• Høyvoldsiden:

• Grunnleggende impulsnivå (BIL): 125 kV (full bølge), 140 kV (klippet bølge)

• AC induksjonstålmodighetsspenning (200 Hz/min): 40 kV

• Lavvoldsiden:

• Anvendt spenning (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktur og egenskaper ved 20 kV enefase fordeltransformatorer

To spesifikasjoner (50 kVA og 80 kVA) ble prototypet, begge med ytre-jernstruktur. For å redusere hovedisolering, ble endekantisolering legget til. Enkelt bushing brukes for ledning. Enden av høyvoldsspolen er jordet og koblet til tanken. Lavvoldsvindingen er en enevindingstruktur.

3.1 Teknisk ytelsesjmførelse mellom prototypede 20 kV og 10 kV enefase fordeltransformatorer

• Tapsjmførelse mellom 20 kV og 10 kV (med 50 kVA og 80 kVA som eksempler) vises i tabell 1.

• Vektjmførelse mellom 20 kV og 10 kV (med 50 kVA og 80 kVA som eksempler) vises i tabell 2.

4. 20 kV∥10 kV enefase tovoldsfordeltransformator

Oppgradering av et 10 kV til et 20 kV fordelingssystem involverer bytte av nøkkelenhet som fordeltransformator. Høye kostnader for bytte og strømningsbrudd som forstyrrer produksjon, gjør at design av en todobbeltspennings (10 kV/20 kV) enefasetransformator blir en løsning for å lett på disse problemene.

4.1 Design

Basert på 10 kV vridet kjernen enefase fordeltransformator, denne todobbeltsvarianten benytter 20 kV = 2×10 kV forhold, ved bruk av serie-parallell primærspole. Med to parallelle høyvoldsspoler, får to kjernestolper høyvold/lavvoldsvinding (høyvoldsspoler parallelt). To lavvoldsspoler serie ved “midtpunkt” gir ±220 V - jord for to brukere. La W₁ (høyvoldsomslag) og W₂ (lavvoldsomslag). Parallelt, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, og total høyvoldstrøm dobles en enkel spoles. Serie, høyvoldsinngangstrøm lik spolestrøm.

4.2 Bruk av skifte

Kapasiteten holdes konsekvent for 20 kV eller 10 kV høyvoldsinnganger. Ved 20 kV inngang, to høyvoldsspoler i serie betyr at hver bærer 10 kV. Med høyvoldstrøm I₁, kapasitet S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Skiftet til 10 kV, parallelle høyvoldsspoler gir 2I₁ inngangstrøm, så S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Således, S₁ = S₂).

4.3 Struktur

• Strukturen samsvarer med enefase vridet kjernetransformator (patentnr. 4612429).

• 10 kV/20 kV spenningskifte bruker en pålitelig kontaktstrippe tap-changer.

• Isolasjon samsvarer med IEC 20 kV-transformatorstandarder (nominell impuls-spenning: 125 kV).

• Støy samsvarer med IEC og relevante energiselskapers tekniske spesifikasjoner.

4.4 Fordeler med enefase tovolds-transformator

• Energibesparing: Linjetapet i 20 kV fordelingssystemet er 25% av det i 10 kV fordelingssystemet, noe som gir 75% energibesparing. Ved å benytte enefase vridet kjerneteknologi i dette designet, er tomgående tap 30% lavere enn for den nå brukte S11-typen fordeltransformator.

• Kostnadsbesparing ved anlegg: Under oppgraderingen fra 10 kV til 20 kV, trengs bare en skifter for å skifte spenningen. Dette reduserer strømningsbrukket, og hele operasjonen kan fullføres innen noen få minutter.

5. Konklusjon

• De fleste nøytralpunkter i 20 kV-systemet er koblet til jord gjennom et lite motstands-system. Derfor er det lettere å håndtere hovedisoleringen av enefasetransformatorer på 20 kV-nivå sammenlignet med 10 kV-nivå.

• Lasttapet for 20 kV-klasse enefasetransformatorer er på samme nivå som for 10 kV-klasse; deres vekt er også på et sammenlignbart nivå. Når det gjelder tomgående tap, er 20 kV lavere enn 10 kV. Angående impedans, er 20 kV enefasetransformator 20% høyere enn 10 kV-en.

• 20 kV enefasetransformator er relativt økonomisk. Prisen vil ikke være vesentlig forskjellig fra 10 kV-klasse enefasetransformatorer.

• 20 kV∥10 kV enefase tovoldsfordeltransformator kan brukes i både 10 kV og 20 kV fordelingssystemer. Når man oppgraderer et 10 kV-system til et 20 kV-system, er det ikke nødvendig å bytte transformator; det holder å skifte skifter. Det er en relativt økonomisk og praktisk metode.