Vodič za odabir i projektiranje kompaktne trafostanice

 

1. Uvod

 

Kompaktna trafostanica je montažni sustav distribucije električne energije sastavljen u tvornici. Integrira visoko{1}}naponsku rasklopnu opremu, energetski transformator i nisko{2}}naponsku opremu za distribuciju, zajedno s mjernim, zaštitnim, kontrolnim i pomoćnim uređajima, sve instalirano unutar zatvorenog kućišta. U praksi, to je potpuna jedinica za transformaciju energije "spremna-za-upotrebu".

Većina komponenti unaprijed je-instalirana i testirana prije isporuke, a cijeli sustav isporučuje se kao jedan integrirani paket. Ovaj pristup poboljšava dosljednost i smanjuje -građevinske radove na gradilištu, zbog čega se kompaktni sustavi podstanica naširoko koriste u modernim energetskim mrežama.

Koncept je izvorno razvijen u Europi i često se naziva "trafostanica-u europskom stilu." Danas su kompaktne podstanice postale ključni dio pametnih distribucijskih sustava, posebno u projektima solarnih podstanica i podstanica za vjetroelektrane gdje su brza implementacija i pouzdanost ključni.

U SCOTECH-u, g. Li, inženjer transformatora s više od 30 godina iskustva na terenu, često opisuje kompaktnu trafostanicu kao "proizvod koji izvana izgleda jednostavno, ali uvelike ovisi o inženjerskim detaljima iznutra."

 

2. Tehnički zahtjevi i specifikacije​​​​​​​

 

 

 

2.1 Temeljni tehnički zahtjevi

Sustav mora zadovoljiti sljedeće minimalne standarde performansi:

• Izolacijska svojstva: stabilna u uvjetima nazivnog napona
• Izdržljivost-kratkog spoja: veća ili jednaka 20kA / 3s
• Granica porasta temperature: Manje od ili jednako 65K
• Klasa zaštite (vani): nije niža od IP23D
• Otpor uzemljenja: manji ili jednak 4Ω
• Kompatibilan s frekvencijom lokalne mreže (50Hz / 60Hz) ovisno o regiji projekta

U stvarnim projektima, problemi s uzemljenjem i ventilacijom daleko su češći nego sami kvarovi transformatora, osobito u obalnim regijama i regijama s visokom-vlažnošću.

 

2.2 Opći radni uvjeti

Kompaktna trafostanica obično je dizajnirana za sljedeće uvjete okoline:

• Temperatura okoline: -40 stupnjeva do +40 stupnjeva (prilagodljivo za ekstremne klime)
• Nadmorska visina: manja ili jednaka 1000 m (veća nadmorska visina zahtijeva dizajn smanjenja snage)
• Nema jakih vibracija ili mehaničkih udara
• Bez korozivnog plina ili teške prašine
• Izbjegavajte-poplavama ili niska-postavljena područja
• Potrebni su dobro{0}}prozračeni radni uvjeti

G. Li je spomenuo da projekti u pustinji i obalni projekti mogu koristiti istu kompaktnu strukturu trafostanice, ali unutarnje strategije protiv -korozije i hlađenja mogu biti potpuno različite.

 

2.3 Tehničke specifikacije Kontrolne točke

U inženjerskoj praksi nekoliko ključnih parametara mora biti jasno definirano prije ponude i proizvodnje:

• Nazivni kapacitet (kVA raspon)
• Nazivna razina napona (sustavi 10 kV / 20 kV / 35 kV)
• Zahtjevi marke komponenti (ABB, Schneider, Siemens, itd.)
• Razina zaštite (IP ocjena)
• Materijal kućišta (metalna ili ne-metalna struktura)

Ovi parametri izravno utječu na strukturu troškova, vrijeme isporuke i konfiguraciju dizajna kompaktne trafostanice. Oni su također kritični tijekom evaluacije proizvođača kompaktnih trafostanica za međunarodne projekte.

 

3. Međunarodni standardi i usklađenost

 

 

Za globalne projekte ključna je usklađenost s međunarodnim standardima. Dizajn kompaktne trafostanice mora biti usklađen s IEC i zahtjevima regionalne mreže kako bi se osiguralo prihvaćanje na različitim tržištima.

 

3.1 Temeljni IEC standardi

Najvažniji međunarodni standardi uključuju:

• IEC 62271-202: Montažne podstanice
• Serija IEC 60076: Energetski transformatori
• IEC 60439 / IEC 61439: Nisko{2}}naponski rasklopni sklopovi
• Serija IEC 62271: Visok-naponska sklopna i upravljačka oprema

U inozemnim projektima kupci obično obraćaju veliku pozornost na FAT izvješća, podatke o porastu temperature i certifikaciju komponenti, a ne samo na sam standardni broj.

 

3.2 Regionalne standardne razlike

Različita tržišta imaju različita očekivanja usklađenosti. Europa uglavnom slijedi zahtjeve IEC i CE, dok Sjedinjene Države primjenjuju standarde ANSI/IEEE. Projekti na Bliskom istoku često zahtijevaju-specifične mrežne kodove, posebno za okruženja s visokom{3}}temperaturom.

 

4. Struktura sustava i funkcionalni dizajn

 

4.1 Visokonaponski odjeljak

Visok{0}}naponski odjeljak upravlja dolaznom kontrolom napajanja, prebacivanjem i zaštitom. Obično uključuje vakuumske prekidače, rastavljače, strujne transformatore i odvodnike prenapona. Njegova primarna funkcija je osigurati sigurno spajanje na mrežu i izolaciju kvara.

 

4.2 Odjeljak transformatora

Odjeljak transformatora je osnovna jedinica za pretvorbu energije. Kompaktni transformator podstanice može biti uljni-ili suhi-tip ovisno o zahtjevima primjene. Uljni-tipovi se naširoko koriste u vanjskim instalacijama zbog boljeg učinka hlađenja, dok se suhi-tipovi transformatora preferiraju u-okruženjima osjetljivim na požar.

 

4.3 Nisko{1}}naponski odjeljak

Nisko{0}}naponski odjeljak odgovoran je za konačnu distribuciju energije, mjerenje, zaštitu i kompenzaciju jalove snage. Osigurava stabilan izlazni napon i siguran rad za krajnje korisnike.

 

5. Klasifikacija kompaktnih trafostanica

​​​​​​​

 

Struktura i funkcija kompaktne trafostanice variraju ovisno o scenarijima primjene.

Iz funkcionalne perspektive, sustavi se mogu podijeliti na trafostanice-tipa distribucije i trafostanice-tipa proizvodnog tipa. Potonji se obično koristi u projektima solarnih podstanica i vjetroelektrana, gdje se snaga pojačava prije integracije u mrežu.

Strukturno, izgledi mogu uključivati ​​I-tip, U-tip, L-tip i konfiguracije modularnih kontejnera. Različiti pristupi projektiranju kompaktnih trafostanica odabiru se na temelju prostora za ugradnju, ograničenja transporta i zahtjeva za održavanje.

Prilagodba okolišu također je važna. Kompaktni sustavi trafostanica mogu se prilagoditi za obalnu otpornost na koroziju, pustinjske visoke-temperature ili visoke-uvjete nadmorske visine.

 

6. Pregled odabira električne opreme

 

Kompaktna trafostanica integrira više električnih komponenti, od kojih je svaka odabrana na temelju zahtjeva sustava i uvjeta dizajna kompaktne trafostanice.

Visok{0}}naponske komponente uključuju vakuumske prekidače, sklopke opterećenja, izolatore, strujne transformatore i odvodnike prenapona. Oni osiguravaju sigurno prebacivanje i zaštitu dolazne struje.

Komponente niskog{0}}napona uključuju prekidače strujnog kruga u lijevanom kućištu, zračne prekidače, kontaktore, releje, mjerače i kondenzatorske baterije. Njihov učinak izravno utječe na pouzdanost kompaktne trafostanice i kvalitetu električne energije.

 

7. Ključna načela odabira opreme

 

7.1 Logika odabira prekidača

Vakuumski prekidači strujnog kruga poželjni su za industrijsku primjenu zbog svoje visoke prekidne sposobnosti i dugog vijeka trajanja. Prikladni su za česte operacije prebacivanja i okruženja s visokim strujama kvara.

S druge strane, sklopke za opterećenje isplativije su-i koriste se u sustavima stabilnih opterećenja. Međutim, oni ne mogu prekinuti struje-kratkog spoja i moraju se koristiti s osiguračima.

Za izvozne projekte, proizvođači kompaktnih trafostanica također moraju potvrditi preferencije robne marke, zahtjeve za ručnim ili motoriziranim radom i specifikacije komunalnih usluga prije konačnog odabira.

 

7.2 Odabir niskonaponskog prekidača

Prekidači niskog{0}}napona moraju se odabrati na temelju karakteristika opterećenja:

• Nazivna struja: 1,25–1,5 × struja opterećenja
• Razina napona: 0,4 kV standard sustava
• Polovi: 1P / 2P / 3P / 4P
• Prekidna sposobnost: Icu / Ics vrijednosti
• Odabir krivulje putovanja na temelju vrste opterećenja

Ispravan odabir prekidača važan je za ukupne performanse zaštite kompaktne trafostanice i dugoročnu-radnu stabilnost.

 

8. Odabir transformatora i planiranje kapaciteta

 

Kompaktni transformator trafostanice ključna je komponenta cijelog sustava. U većini slučajeva njegov odabir izravno utječe na učinkovitost, sigurnosne performanse i dugoročnu-radnu stabilnost.

Transformatori uronjeni u- ulje naširoko se koriste u vanjskim primjenama zbog boljeg odvođenja topline i relativno niže cijene. Suhi-transformatori, s druge strane, češći su u zatvorenim prostorima ili okruženjima-osjetljivim na požar gdje su sigurnosni zahtjevi viši.

Kapacitet se obično izračunava na temelju stvarne potražnje opterećenja, uz dodatnu maržu od 10–20% rezerviranu za buduće proširenje. Standardni raspon je obično od 50 kVA do 2500 kVA, ovisno o veličini projekta i scenariju primjene.

U projektima obnovljive energije, izbor transformatora kompaktne trafostanice također ovisi o izlazu pretvarača, naponu priključka na mrežu i uvjetima okoline na mjestu.

 

9. Struktura kućišta i mehanički dizajn

 

Materijali

• Metal: čelik, nehrđajući čelik, aluminijske-pocinčane ploče
• Ne{0}}metal: GRC, beton ojačan staklenim vlaknima, kompozitne ploče

 

Strukturne značajke

• Potpuno zatvoren dizajn otporan na vremenske uvjete
• IP43 i viša razina zaštite
• Modularni ili integrirani transportni dizajn

Odabir materijala za kućište važan je dio dizajna kompaktne trafostanice, posebno za obalna, vlažna ili pustinjska okruženja gdje otpornost na koroziju i toplinska izvedba postaju kritični.

 

10. Zahtjevi za temelje i ugradnju

 

Stabilan temelj neophodan je za siguran rad. Čvrstoća betona ne smije biti manja od C30, a tolerancija dimenzija unutar 5 mm.

Temelj bi trebao biti podignut najmanje 300 mm iznad razine tla kako bi se spriječilo nakupljanje vode. Otpor uzemljenja mora se održavati unutar 4 Ω, osiguravajući električnu sigurnost u uvjetima kvara.

Oko opreme treba rezervirati odgovarajući prostor za održavanje, obično ne manji od 1,2 m.

Za vanjske instalacije kompaktnih trafostanica također se preporučuje odgovarajuća drenaža i anti-korozivni tretman za poboljšanje dugoročne-pouzdanosti.

 

11. Instalacija i puštanje u rad

 

Prije uključivanja pod napon mora se izvršiti niz osnovnih testova, uključujući ispitivanje izolacijskog otpora, provjeru uzemljenja, provjere zaštitnih releja i-testove rada bez opterećenja.

Tijekom ugradnje mora se osigurati pravilno mehaničko poravnanje između kompaktne podstanice i temelja. Električni priključci također moraju slijediti strogu kontrolu momenta i zahtjeve za izolaciju.

Ovisno o potrebama projekta, može se pružiti opcijska podrška kao što su smjernice za daljinsko puštanje u rad ili-tehnička pomoć na licu mjesta kako bi se osiguralo glatko pokretanje i pouzdan rad.

Za međunarodne EPC projekte, mnogi proizvođači kompaktnih trafostanica također pružaju dokumentaciju za puštanje u rad, FAT zapise i usluge tehničke podrške kao dio paketa isporuke.

 

Zaključak

Kompaktna trafostanica sada je ključno infrastrukturno rješenje za moderne sustave distribucije električne energije. S povećanjem potražnje za solarnim podstanicama, podstanicama za vjetroelektrane i nadogradnjom urbane mreže, uloga kompaktnih sustava podstanica u globalnim energetskim projektima nastavlja se širiti.

G. Li vjeruje da će budući projekti kompaktnih trafostanica posvetiti više pažnje učinkovitosti transporta, modularnoj zamjeni i integraciji obnovljive energije, a ne samo osnovnim funkcijama distribucije električne energije.