Prototyputveckling av 20 kV enfasfördelningstransformator

1. Design av 20 kV enfasdistributionstransformator

20 kV distributionsystem använder vanligtvis kabellinjer eller blandade kabelluftledningsnät, och neutralpunkten är ofta ansluten till jorden genom en liten resistans. Vid en enfasjordning uppstår inget problem med att fasvolten ökar mer än √3 gånger som i fallet med en enfasfel i ett 10 kV-system. Därför kan den enfasdistributionstransformator som används i 20 kV-system adoptera typen med spoländens jordning. Detta kan minska huvudisoleringen av enfasdistributionstransformatorn, vilket gör att volymen och kostnaden för 20 kV enfasdistributionstransformator inte skiljer sig mycket från de för 10 kV.

2. Valf av impuls- och provspänningar

För grundläggande impulsnivå (BIL) och isoleringsprovsnivå för 20 kV enfasdistributionstransformator, överväganden är följande:

Den amerikanska nationella standarden ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) anger att grundläggande impulsnivån (BIL) för högspänningsidan (20 kV) är 125 kV; den utrustade spänningen för högspänningskomponenten är 15,2 kV, och växelströmsuthållighetsprovet (60 Hz/min) är 40 kV.

Isoleringsprovet anger att det inte krävs tillämpat spänningsprov, men inducerat spänningsprov måste utföras. Under provningen, efter tillämpning av spänning på utgångsslutet av en virvel, når spänningen mellan varje högspänningsutgångsslut och mark 1 kV plus 3,46 gånger den utrustade spänningen för transformatorns virvel. Det vill säga, under induktionsprovet (frekvensdubblat och spänningsdubblat prov), är högspänningen:

2.1 Lågspänningsida (240/120 V)

• Grundläggande impulsnivå (BIL): 30 kV

• Växelströmsuthållighetsprov (60 Hz/min): 10 kV

2.2 Enligt Kinas nationella regler för kvalitetskontroll och provning av transformatorer

• Högspänningsida:

• Grundläggande impulsnivå (BIL): 125 kV (full våg), 140 kV (avklippt våg)

• Inducerad växelströmsuthållighetsprov (200 Hz/min): 40 kV

• Lågspänningsida:

• Tillämpat spänning (50 Hz/min): 4 kV

3. Struktur och egenskaper hos 20 kV enfasdistributionstransformatorer

Två specifikationer (50 kVA och 80 kVA) prototypiserades, båda med yttre-järnstruktur. För att minska huvudisoleringen lades en ändisoleringstill struktur till. En ensam bussholka används för ledning. Slutet av högspänningsvirveln är jordat och anslutet till tanken. Lågspänningsvindningen har en enkel virvelstruktur.

3.1 Teknisk prestandajämförelse mellan prototypiserade 20 kV och 10 kV enfasdistributionstransformatorer

• Förlustjämförelse mellan 20 kV och 10 kV (med 50 kVA och 80 kVA som exempel) visas i tabell 1.

• Viktjämförelse mellan 20 kV och 10 kV (med 50 kVA och 80 kVA som exempel) visas i tabell 2.

4. 20 kV∥10 kV enfas dubbelspänning distributionstransformator

Uppgradering av ett 10 kV till ett 20 kV distributionsystem innebär ersättning av viktig utrustning som distributionstransformatorer. Höga ersättningskostnader och strömavbrott som stör produktionen gör att design av en dubbelspänning (10 kV/20 kV) enfasttransformator blir en lösning för att lätta dessa problem.

4.1 Design

Baserat på 10 kV virkestryck-enfasdistributionstransformator, använder denna dubbelspänningvariant relationen 20 kV = 2×10 kV, med serie-parallella primära virvlar. Med två parallella högspänningsvirvlar får två kärnstaplar högspännings/lågspänningsvindningar (högspänningsvirvlar parallella). Två lågspänningsvirvlar i serie vid “mitten” ger utgång ±220 V - jord för två användare. Låt W₁ (högspänningsvarv) och W₂ (lågspänningsvarv). I parallel, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, och total högspänningsström fördubblas jämfört med en enda virvel. I serie, högspänningsinmatningsström liknar virvelström.

4.2 Växlingstillämpning

Kapacitet hålls konstant för 20 kV eller 10 kV högspänningsinmatning. Vid 20 kV inmatning, två högspänningsvirvlar i serie innebär att varje bär 10 kV. Med högspänningsström I₁, kapacitet S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Vid växling till 10 kV, parallella högspänningsvirvlar ger 2I₁ inmatningsström, så S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Således, S₁ = S₂).

4.3 Struktur

• Strukturen matchar den enfas virkestryck-transformator (patentnummer 4612429).

• 10 kV/20 kV spänningsväxling använder en tillförlitlig kontaktstrip-tappchanger.

• Isolering uppfyller IEC 20 kV-transformatorstandard (utrustad impulsvolt: 125 kV).

• Buller uppfyller IEC och relevanta energiföretags tekniska specifikationer.

4.4 Fördelar med enfas dubbelspänningstransformator

• Energibesparing: Linjeförlusterna i 20 kV-distributionsystemet är 25% av de i 10 kV-distributionsystemet, vilket ger 75% energibesparing. Genom att använda enfas virkestryck-teknik i denna design är tomgångsförlusten för transformatorn 30% lägre än den för den nuvarande S11-typen distributionstransformator.

• Besparingar på byggnadsutgifter: Vid uppgradering från 10 kV till 20 kV behövs bara en växlingsknapp för att växla spänningen. Detta minskar strömavbrottsduren, och hela driftprocessen kan slutföras inom några få minuter.

5. Slutsats

• De flesta neutralpunkterna i 20 kV-systemet är anslutna till jorden genom ett system med liten resistans. Därför är det lättare att hantera huvudisoleringen av enfasstransformatorer på 20 kV-nivån jämfört med 10 kV-nivån.

• Belastningsförlusten för 20 kV-klass enfasstransformatorer är på samma nivå som för 10 kV-klass; deras vikt är också jämförbar. När det gäller tomgångsförlust är 20 kV lägre än 10 kV. När det gäller impedans, är 20 kV enfasstransformator 20% högre än 10 kV-en.

• 20 kV enfasstransformator är relativt ekonomisk. Dess pris kommer inte att skilja sig signifikant från 10 kV-klass enfasstransformatorer.

• 20 kV∥10 kV enfas dubbelspänning distributionstransformator kan användas i både 10 kV och 20 kV distributionsystem. När man uppgraderar ett 10 kV-system till ett 20 kV-system, behöver man inte byta transformator; det räcker med att växla växlingsknappen. Det är en relativt ekonomisk och bekväm metod.