Phát triển Mẫu của Máy biến áp Phân phối Một Pha 20 kV

1. Thiết kế biến áp phân phối một pha 20 kV

Hệ thống phân phối 20 kV thường sử dụng đường dây cáp hoặc mạng lưới kết hợp giữa cáp và đường dây trên không, và điểm trung tính thường được nối đất thông qua một điện trở nhỏ. Khi xảy ra sự cố tiếp đất một pha, sẽ không có vấn đề về việc điện áp pha tăng hơn √3 lần như trong trường hợp xảy ra sự cố một pha ở hệ thống 10 kV. Do đó, biến áp phân phối một pha của hệ thống 20 kV có thể sử dụng loại nối đất ở cuối cuộn dây. Điều này có thể giảm bớt cách điện chính của biến áp phân phối một pha, làm cho kích thước và chi phí của biến áp phân phối một pha 20 kV không khác nhiều so với biến áp 10 kV.

2. Lựa chọn mức xung và điện áp thử nghiệm

Đối với mức xung cơ bản (BIL) và mức cách điện thử nghiệm của biến áp phân phối một pha 20 kV, các cân nhắc như sau:

Tiêu chuẩn quốc gia Mỹ ANSI C57.12.00—1973 (IEEE Std 462—1972) quy định rằng mức xung cơ bản (BIL) của phía cao áp (20 kV) là 125 kV; điện áp định mức của bộ phận cao áp là 15.2 kV, và điện áp chịu đựng xoay chiều (60 Hz/phút) là 40 kV.

Quy định cách điện nêu rõ rằng không yêu cầu thử nghiệm áp dụng điện áp, nhưng phải thực hiện thử nghiệm điện áp cảm ứng. Trong quá trình thử nghiệm, sau khi áp dụng điện áp vào đầu ra của một cuộn dây, điện áp từ mỗi đầu ra cao áp đến đất đạt 1 kV cộng với 3.46 lần điện áp định mức của cuộn dây biến áp. Đó là, trong thử nghiệm cảm ứng (thử nghiệm tần số gấp đôi và điện áp gấp đôi), điện áp cao là:

2.1 Phía hạ áp (240/120 V)

• Mức xung cơ bản (BIL): 30 kV

• Điện áp chịu đựng xoay chiều (60 Hz/phút): 10 kV

2.2 Theo Quy định Thử nghiệm Giám sát Chất lượng Biến áp Quốc gia Trung Quốc

• Phía cao áp:

• Mức xung cơ bản (BIL): 125 kV (sóng toàn phần), 140 kV (sóng cắt)

• Điện áp chịu đựng cảm ứng xoay chiều (200 Hz/phút): 40 kV

• Phía hạ áp:

• Điện áp áp dụng (50 Hz/phút): 4 kV

3. Cấu trúc và Đặc điểm của Biến áp Phân phối Một Pha 20 kV

Hai quy cách (50 kVA và 80 kVA) đã được tạo mẫu, cả hai đều sử dụng cấu trúc sắt bên ngoài. Để giảm cách điện chính, cấu trúc cách điện cuối đã được thêm vào. Một ổ cắm đơn được sử dụng để dẫn ra. Cuối cuộn dây cao áp được nối đất và kết nối với thùng chứa. Cuộn dây hạ áp có cấu trúc một cuộn.

3.1 So sánh Hiệu suất Kỹ thuật Giữa Biến áp Phân phối Một Pha 20 kV và 10 kV được Tạo Mẫu

• So sánh tổn thất giữa 20 kV và 10 kV (lấy ví dụ 50 kVA và 80 kVA) được hiển thị trong Bảng 1.

• So sánh trọng lượng giữa 20 kV và 10 kV (lấy ví dụ 50 kVA và 80 kVA) được hiển thị trong Bảng 2.

4. Biến áp Phân phối Đôi Điện Áp Một Pha 20 kV∥10 kV

Việc nâng cấp hệ thống phân phối 10 kV lên 20 kV đòi hỏi thay thế thiết bị quan trọng như biến áp phân phối. Chi phí thay thế cao và ngắt điện làm gián đoạn sản xuất khiến việc thiết kế biến áp một pha đôi điện áp (10 kV/20 kV) trở thành giải pháp để giảm thiểu những vấn đề này.

4.1 Thiết kế

Dựa trên biến áp phân phối một pha lõi cuốn 10 kV, biến áp đôi điện áp này tận dụng mối quan hệ 20 kV = 2×10 kV, sử dụng cuộn dây sơ cấp nối tiếp song song. Với hai cuộn dây cao áp song song, hai cột lõi được cuộn dây cao áp/hạ áp (cuộn dây cao áp song song). Hai cuộn dây hạ áp nối tiếp tại "điểm giữa" đầu ra ±220 V - đất cho hai người dùng. Gọi W₁ (số vòng cuộn cao áp) và W₂ (số vòng cuộn hạ áp). Khi song song, U₁/U₂ = W₁/W₂ = 10 kV/220V, và dòng điện cao áp tổng cộng gấp đôi so với một cuộn. Khi nối tiếp, dòng điện đầu vào cao áp bằng dòng điện cuộn.

4.2 Ứng dụng Chuyển đổi

Công suất giữ nguyên cho cả đầu vào cao áp 20 kV hoặc 10 kV. Tại đầu vào 20 kV, hai cuộn dây cao áp nối tiếp nghĩa là mỗi cuộn chịu 10 kV. Với dòng điện cao áp I₁, công suất S₁ = I₁×20 = 20I₁(kVA). Khi chuyển sang 10 kV, cuộn dây cao áp song song cho dòng điện đầu vào 2I₁, vì vậy S₁ = 2I₁×10 = 20I₁ (kVA). Do đó, S₁ = S₂).

4.3 Cấu trúc

• Cấu trúc tương tự biến áp một pha lõi cuốn (số bằng sáng chế 4612429).

• Chuyển đổi điện áp 10 kV/20 kV sử dụng bộ chuyển đổi tab liên lạc đáng tin cậy.

• Cách điện đáp ứng tiêu chuẩn biến áp 20 kV của IEC (điện áp xung định mức: 125 kV).

• Tiếng ồn tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật IEC và các công ty điện lực liên quan.

4.4 Ưu điểm của Biến áp Đôi Điện Áp Một Pha

• Tiết kiệm Năng lượng：Tổn thất đường dây của hệ thống phân phối 20 kV chỉ bằng 25% so với hệ thống 10 kV, tiết kiệm 75% năng lượng. Bằng cách áp dụng công nghệ lõi cuốn một pha trong thiết kế này, tổn thất không tải của biến áp thấp hơn 30% so với biến áp phân phối S11 hiện đang sử dụng.

• Tiết kiệm Chi phí Xây dựng：Trong quá trình nâng cấp từ 10 kV lên 20 kV, chỉ cần sử dụng công tắc chuyển đổi để chuyển đổi điện áp. Điều này giảm thời gian mất điện, và toàn bộ quá trình vận hành có thể hoàn thành chỉ trong vài phút.

5. Kết luận

• Hầu hết các điểm trung tính của hệ thống 20 kV được nối đất thông qua hệ thống điện trở nhỏ. Do đó, việc xử lý cách điện chính của biến áp một pha ở mức 20 kV dễ dàng hơn so với mức 10 kV.

• Tổn thất tải của biến áp một pha 20 kV ở cùng mức với biến áp 10 kV; trọng lượng cũng ở mức tương đương. Về tổn thất không tải, 20 kV thấp hơn 10 kV. Đối với độ cản, biến áp một pha 20 kV cao hơn 20% so với biến áp 10 kV.

• Biến áp một pha 20 kV tương đối kinh tế. Giá của nó sẽ không khác biệt đáng kể so với biến áp một pha 10 kV.

• Biến áp phân phối một pha đôi điện áp 20 kV∥10 kV có thể được sử dụng trong cả hệ thống phân phối 10 kV và 20 kV. Khi nâng cấp hệ thống 10 kV lên 20 kV, không cần thay thế biến áp; chỉ cần chuyển đổi công tắc chuyển đổi là đủ. Đây là phương pháp tương đối kinh tế và tiện lợi.