Razvoj prototipa enofaznega distribucijskega transformatorja na 20 kV

Dyson

Polje: Električni standardi

China

1. Izdelava enofaznega distribucijskega transformatorja za 20 kV

Distribucijski sistemi za 20 kV običajno uporabljajo kablane linije ali mešane mreže kablanih in površinsko vodov, pri čemer je neutralna točka večinoma zemljeni preko majhnega upora. Ko pride do enofaznega zemljenja, ne bo problema, da se fazna napetost poviša več kot za √3-krat, kot je to primer pri enofaznem odpadku v sistemu za 10 kV. Zato lahko enofazni distribucijski transformator za sistem 20 kV uporabi tip zemljenja konca navojnice. To lahko zmanjša glavno izolacijo enofaznega distribucijskega transformatorja, kar pomeni, da se prostornina in stroški enofaznega distribucijskega transformatorja za 20 kV ne razlikujeta veliko od tistih za 10 kV.

2. Izbor impulsnih in preskusnih napetosti

Za osnovno impulzno raven (BIL) in raven izolacijskega preskusa enofaznega distribucijskega transformatorja za 20 kV so posmatrovali naslednje:

Ameriški nacionalni standard ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) določa, da je osnovna impulzna raven (BIL) visokonapetostne strani (20 kV) 125 kV; imenovana napetost visokonapetostnega komponenta je 15.2 kV, AC izdržnostna napetost (60 Hz/min) pa 40 kV.

Izolacijski preskus določa, da ni potrebno izvajati preskusa s priključitvijo napetosti, ampak mora biti izveden induktivni napetostni preskus. Med preskusom, ko je na izhodni terminal ene navojnice priključena napetost, doseže napetost vsakega visokonapetostnega izhodnega terminala do zemlje 1 kV plus 3,46-krat imenovano napetost navojnice transformatorja. Torej, v induktivnem preskusu (preskus s podvojitvijo frekvence in napetosti) je visokonapetostna napetost:

2.1 Nizkonapetostna stran (240/120 V)

Osnovna impulzna raven (BIL): 30 kV
AC izdržnostna napetost (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Skladno z nacionalnimi predpisi o nadzoru in preskušanju kakovosti transformatorjev v Kitajski

Visokonapetostna stran:

Osnovna impulzna raven (BIL): 125 kV (polni val), 140 kV (presečen val)
AC induktivna izdržnostna napetost (200 Hz/min): 40 kV

Nizkonapetostna stran:

Priključena napetost (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktura in značilnosti enofaznih distribucijskih transformatorjev za 20 kV

Prototipirani sta bili dve specifikaciji (50 kVA in 80 kVA), obe z zunanjim železnim okvirjem. Za zmanjšanje glavne izolacije je bil dodan končni izolacijski okvir. Za izvod uporabljen je en sam vpeljnik. Konica visokonapetostne navojnice je zemljena in povezana s tankom. Nizkonapetostna navojnica je enonavojni strukturni element.

3.1 Tehnično-tehnično primerjava med prototipiranimi enofaznimi distribucijskimi transformatorji za 20 kV in 10 kV

Primerjava izgub med 20 kV in 10 kV (za primer 50 kVA in 80 kVA) je prikazana v Tabeli 1.

Primerjava teže med 20 kV in 10 kV (za primer 50 kVA in 80 kVA) je prikazana v Tabeli 2.

4. Enofazni dvonapetostni distribucijski transformator za 20 kV∥10 kV

Posodobitev sistema za 10 kV na sistem za 20 kV vključuje zamenjavo ključnega opremo, kot so distribucijski transformatorji. Visoki stroški zamenjave in prekini v oskrbi s strmo, ki motijo proizvodnjo, omogočajo rešitev z dizajnom enofaznega dvonapetostnega (10 kV/20 kV) transformatorja, ki olajša te težave.

4.1 Dizajn

Temelječi na enofaznem distribucijskem transformatorju s ovinkom za 10 kV, ta dvonapetostna varianta izkorišča odnos 20 kV = 2×10 kV, z uporabo vrstno-paralelnih primarnih navojnic. S dvema paralelnima visokonapetostnima navojnicama, dva stolpa jedra dobita visokonapetostne/nizkonapetostne navojnice (visokonapetostne navojnice so paralelne). Dve nizkonapetostni navojnici so zaporedno pri izhodu “srednji točki” za izhod ±220 V - zemlja za dva uporabnika. Naj bo $W 1$ (število zavijev visokonapetostne navojnice) in $W 2$ (število zavijev nizkonapetostne navojnice). V paraleli je $U 1 /U 2 = W 1 /W 2 = 10 kV /220V$ , skupni tok visokonapetostne navojnice pa je dvojček toka ene navojnice. V zaporedju je tok pri vhodu visokonapetostne napetosti enak toku v navojnici.

4.2 Uporaba preklopnika

Kapaciteta ostane enaka za visokonapetostni vhod 20 kV ali 10 kV. Pri vhodu 20 kV, ko sta dve visokonapetostni navojnici zaporedno, vsaka nosi 10 kV. S tokom visokonapetostne napetosti $I 1$ , je kapaciteta $S 1 = I 1 ×20 = 20I 1$ (kVA). Pri preklopitvi na 10 kV, paralelne visokonapetostne navojnice dajejo vhodni tok $2I 1$ , zato je $S 1 = 2I 1 ×10 = 20I 1$ (kVA). Torej, $S 1 = S 2)$ .

4.3 Struktura

Struktura ustreza enofaznemu distribucijskemu transformatorju s ovinkom (patent št. 4612429).
Preklop napetosti 10 kV/20 kV uporablja zanesljiv kontakt preklopni pas.
Izolacija ustrezata standardom IEC za transformatorje za 20 kV (imenovana impulzna napetost: 125 kV).
Šum je v skladu s standardi IEC in relevantnimi tehničnimi specifikacijami elektrarn.

4.4 Prednosti enofaznega dvonapetostnega transformatorja

Varčevanje energije：Izgube v distribucijskem sistemu za 20 kV so 25% izgub v sistemu za 10 kV, kar pomeni 75% varčevanja energije. Z uporabo tehnologije enofaznega ovinkastega jedra v tem dizajnu so brezobratne izgube transformatorja 30% manjše od trenutno uporabljenega distribucijskega transformatorja tipa S11.
Znižanje stroškov gradnje：Med posodobitvijo iz 10 kV na 20 kV je potreben le preklopnik za preklop napetosti. To zmanjša čas prekinitve oskrbe, in celoten postopek operacije lahko poteka v le nekaj minutah.

5. Zaključek

Večina neutralnih točk sistema za 20 kV je zemljenih preko sistema z majhnim upornikom. Zato je lažje ravnanje z glavno izolacijo enofaznih transformatorjev na ravni 20 kV v primerjavi z ravni 10 kV.
Izgube opterečenosti enofaznih transformatorjev za 20 kV so na istem nivoju kot tiste za 10 kV; njihova teža je tudi primerljiva. V smislu brezobratnih izgub je 20 kV nižje od 10 kV. Glede impedancije je enofazni transformator za 20 kV 20% višji od tistega za 10 kV.
Enofazni transformator za 20 kV je relativno ekonomičen. Cijena mu ne bo znatno različna od cijene enofaznih transformatorjev za 10 kV.
Enofazni dvonapetostni distribucijski transformator za 20 kV∥10 kV se lahko uporablja v distribucijskih sistemih za 10 kV in 20 kV. Pri posodobitvi sistema za 10 kV na sistem za 20 kV ni potrebno zamenjati transformatorja; dovolj je preklopiti preklopnik. To je relativno ekonomična in priročna metoda.