Почему силовые трансформаторы высокого напряжения остаются центральным элементом современной инфраструктуры

Силовые трансформаторы высокого напряжения уже более столетия являются основой электрической инфраструктуры, однако их роль никогда не была более важной и разнообразной, чем сегодня. По мере развития энергетических сетей, увеличения промышленного спроса, а возобновляемые источники энергии меняют способы производства и распределения электроэнергии, существенно возросло давление на трансформаторные технологии, обеспечивающие их надежную работу при более высоких напряжениях и большей мощности.

Компания Jiangsu Dingxin Electric производит трансформаторы в диапазоне напряжений от 35 кВ до 500 кВ, обслуживая коммунальных операторов, промышленные объекты и разработчиков инфраструктуры в более чем дюжине стран. Основываясь на том, что мы видим в этих проектах, мы хотим поделиться практическим взглядом на то, где и как сегодня применяются силовые трансформаторы высокого напряжения, и что это означает при выборе правильного оборудования.

Передача большой мощности: основной вариант использования при напряжении 110–220 кВ и выше

Наиболее традиционным и по-прежнему наиболее распространенным применением высоковольтных трансформаторов является передача электроэнергии на большие расстояния. Повышение напряжения до 110, 220 или 500 кВ значительно снижает резистивные потери в линиях передачи. По закону Джоуля потери пропорциональны квадрату тока; удвоение напряжения и уменьшение вдвое тока сокращают потери в линии на 75%.

На практике это означает Трансформатор 220кВ, 100МВА могут передавать электроэнергию на сотни километров, при этом общие потери в линии часто остаются ниже 3–5% по сравнению с 10–15%, которые типичны для распределительных напряжений. Наш Силовые трансформаторы 110–220 кВ разработаны специально для этой роли, имеют низкие потери холостого хода и надежные системы изоляции, которые поддерживают непрерывную работу в условиях высокой нагрузки на сеть.

Проекты модернизации сетей, особенно в Юго-Восточной Азии, Африке и на Ближнем Востоке, активно расширяют сети передачи высокого напряжения, вызывая высокий спрос на трансформаторы этой категории. Для любого покупателя, занимающегося инфраструктурой передачи электроэнергии в коммунальном масштабе, ключевые критерии выбора сводятся к: номинальной мощности, допуску импеданса, методу охлаждения (ONAN/ONAF/OFWF) и классу потерь на холостом ходу.

Интеграция возобновляемых источников энергии: ветер, солнечная энергия и хранение энергии

Одним из наиболее значительных изменений, которые мы наблюдаем в структуре наших заказов за последние годы, является рост количества трансформаторов, предназначенных для проектов в области возобновляемых источников энергии. И ветряным электростанциям, и крупным солнечным установкам требуются повышающие трансформаторы для подключения генерирующих активов к высоковольтной сети передачи — часто в точках соединения 35 кВ или 110 кВ.

Применение ветроэнергетики

Морские и береговые ветряные турбины обычно генерируют электроэнергию напряжением 690 В или 3,3 кВ. Мощность каждой турбины повышается с помощью трансформатора, установленного на площадке или сухого типа, затем суммируется и снова повышается на коллекторной подстанции до напряжения 35 кВ или 110 кВ для подачи в сеть. Для одной ветряной электростанции мощностью 200 МВт может потребоваться 80–100 отдельных турбинных трансформаторов. , плюс один или два главных повышающих силовых трансформатора на коллекторной подстанции.

Особенно для морских проектов трансформаторы должны выдерживать значительные температурные циклы и гармонические нагрузки от переменной мощности ветра. В условиях соленого воздуха также требуется усиленная защита от коррозии внешних компонентов и покрытий резервуаров.

Приложения для хранения солнечных батарей и батарей

Солнечные фотоэлектрические установки коммунального масштаба представляют собой несколько иную проблему. Выход инвертора обычно содержит гармоники на более высоких частотах, что увеличивает потери на вихревые токи в сердечнике и обмотках трансформатора. Трансформаторы, предназначенные для использования в солнечной энергии, разработаны с более высоким коэффициентом К, чтобы справляться с этими гармониками без перегрева. Для аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) также требуются трансформаторы, способные часто циклически заряжаться-разряжаться без кумулятивного ухудшения изоляции.

Мы поставляем трансформаторы для хранения энергии ветра и солнечной энергии как часть нашего ассортимента продукции — если ваш проект требует повышающих трансформаторов или трансформаторов с интерфейсом сети для возобновляемой генерации, мы имеем все возможности для поддержки процесса спецификации.

Тяжелая промышленность: металлургия, нефтехимия и горнодобывающая промышленность

Тяжелые промышленные объекты являются одними из самых требовательных к силовым трансформаторам. Сталелитейные заводы, алюминиевые заводы, нефтехимические заводы и подземные шахты эксплуатируют большие электрические нагрузки, которые создают колебания напряжения, гармонические искажения и сильные нагрузки от короткого замыкания на подключенных трансформаторах.

Особого внимания заслуживают выпрямительные и фазосдвигающие устройства. Электрохимические процессы, такие как производство хлорщелочи, рафинирование меди или электролиз алюминия, требуют очень больших постоянных токов при относительно низких напряжениях. А фазосдвигающий выпрямительный трансформатор понижает напряжение питания и одновременно сдвигает фазовый угол между несколькими вторичными обмотками, эффективно подавляя гармоники низшего порядка и обеспечивая более чистую мощность на выпрямительный мост. 12-пульсная или 24-пульсная конфигурация может снизить общий коэффициент гармонических искажений (THD) с более чем 25 % до менее 5 %. , что имеет решающее значение для защиты другого оборудования на той же шине питания.

Городское электрораспределение и коммерческие здания

По мере расширения городов и увеличения плотности электроэнергии в городах инфраструктура, питающая коммерческие районы, центры обработки данных, больницы и высотные здания, должна справляться со все более концентрированными нагрузками. Трансформаторы высокого напряжения — обычно в диапазоне от 10 до 35 кВ — образуют связующее звено между городскими распределительными сетями и электрическими системами на уровне зданий.

Трансформаторы сухого типа для использования внутри помещений и в чувствительных средах

Для трансформаторов, установленных внутри зданий или в местах, где существует опасность возгорания, предпочтительным выбором являются трансформаторы сухого типа, особенно блоки с герметизацией из смолы. В отличие от масляных моделей, они не содержат легковоспламеняющихся жидкостей, что делает их безопасными для установки в подвалах, на крышах или вблизи жилых помещений. Наш трансформаторы сухого типа из смолы используйте обмотки, отлитые из эпоксидной смолы, устойчивые к влаге, загрязнению и частичному разряду, с классами изоляции до F и H, обеспечивающие непрерывную работу при повышенных температурах.

Дата-центры — особенно активный сегмент. Современный гипермасштабный центр обработки данных может потреблять 50–100 МВт электроэнергии, что требует установки нескольких мощных трансформаторов среднего напряжения в главной точке водозабора объекта. КПД при частичной нагрузке является критическим параметром. здесь, поскольку центры обработки данных часто работают на 40–70% номинальной мощности в течение продолжительных периодов времени. Таким образом, выбор трансформатора с низкими потерями в железе холостого хода является прямым вопросом эксплуатационных затрат, а не просто экологическим флажком.

Трансформаторы на площадке для подземного распределения

В современных городских застройках все чаще используются подземные кабельные сети, а не воздушные линии. Трансформаторы, монтируемые на площадке, предназначены для взаимодействия с этими подземными системами и размещены в защищенном от несанкционированного доступа корпусе, расположенном на уровне земли. Они обычно используются в жилых комплексах, коммерческих парках, аэропортах и ​​кампусах, где важны эстетическая интеграция и общественная безопасность. Мы предлагаем оба Европейский стиль и Накладные трансформаторы американского типа. для соответствия различным рыночным стандартам и конфигурациям кабельной заделки.

Электрификация транспорта: инфраструктура зарядки железных дорог и электромобилей

Электрификация транспорта увеличивает спрос на высоковольтную энергетическую инфраструктуру, что не было значительным даже десять лет назад. Выделяются два сегмента: электрифицированные железнодорожные сети и крупные станции зарядки электромобилей.

Электрические железные дороги — будь то системы метро, ​​высокоскоростные железные дороги или грузовые железные дороги — получают тяговую мощность от выделенных подстанций, которые обычно переходят от сетевого напряжения 110 кВ или 220 кВ к напряжению переменного тока 25 кВ (для высокоскоростных железных дорог) или выпрямленному постоянному напряжению для систем метрополитена. Тяговые трансформаторы должны выдерживать частые циклические нагрузки и высокие пусковые токи, связанные с ускорением поезда. Проектирование импеданса короткого замыкания особенно важно. в тяговых приложениях для ограничения токов повреждения без ущерба для регулирования напряжения.

Для инфраструктуры зарядки электромобилей рост количества быстрых зарядных устройств постоянного тока мощностью от 150 до 350 кВт, а также появление зарядных устройств мощностью мегаватт для коммерческих автомобилей означает, что зарядные центры получают значительную мощность из сети среднего напряжения. Зарядная станция, обслуживающая 50 станций быстрой зарядки одновременно, может легко потребовать Трансформатор от 5 МВА до 10 МВА в пункте приема. Это область, где спрос растет быстрее, чем первоначально планировали многие сетевые операторы.

Выбор правильного типа трансформатора для вашего применения

При таком большом количестве контекстов применения один из наиболее частых вопросов, которые мы получаем от отделов закупок, заключается в том, как подобрать тип трансформатора к условиям эксплуатации. Обычно решающими являются следующие критерии:

• Уровень напряжения и мощность: Это определяет, ищете ли вы блок распределительного класса (10–35 кВ) или настоящий силовой трансформатор высокого напряжения (110–220 кВ). Наш Силовые трансформаторы 35кВ охватывают переходную зону между двумя категориями.
• Среда установки: В помещении или в замкнутых пространствах предпочтение отдается сухому типу; На наружных подстанциях и устройствах высокой мощности обычно используются масляные конструкции. Для взрывоопасных зон требуются требования по огнестойкости или взрывобезопасности.
• Профиль нагрузки: Непрерывная работа с базовой нагрузкой имеет другие приоритеты проектирования, чем циклические промышленные нагрузки или прерывистая генерация электроэнергии из возобновляемых источников. Тепловое моделирование в условиях фактического цикла нагрузки должно определять класс охлаждения трансформатора и номинальную перегрузку.
• Гармоническое содержание: Промышленные процессы с приводами переменной частоты, выпрямителями или инверторами требуют трансформаторов с улучшенной конструкцией обмоток для управления гармоническим нагревом. В этих случаях фазосдвигающая конфигурация может оказаться наиболее экономичным решением.
• Эксплуатационные расходы за весь срок службы: Оценка потерь – особенно потерь при холостом ходе – должна учитываться при принятии решений о закупках. За срок службы 20–30 лет совокупная стоимость потерь в железе может легко превысить первоначальную разницу в цене между стандартными конструкциями и конструкциями с низкими потерями.

Мы производим широкий ассортимент силовые трансформаторы высокого напряжения и сопутствующее электрооборудование , охватывающий масляные, сухие, накладные, фазосдвигающие выпрямители и готовые подстанции. Вся продукция производится в соответствии с сертифицированными системами качества ISO9001, ISO14001 и ISO45001, а полные протоколы типовых испытаний доступны по запросу.

Если вы работаете над составлением спецификации для нового проекта или оцениваете варианты замены устройства, мы будем рады предоставить техническое руководство и подробное предложение, основанное на ваших фактических условиях нагрузки и требованиях к установке.