Иллюстрированное руководство по трансформаторам и коробчатым подстанциям

Подстанции «коробчатого» типа будут играть важнейшую роль в улучшении надежность и модернизация энергосистемы, выводя электрическую инфраструктуру на новый уровень.

Обзор коробчатых подстанций

A коробчатая подстанция (обычно называемый комплекс подстанции) — это компактная интегрированная система распределения электроэнергии который объединяет:

• Высоковольтное коммутационное оборудование
• Распределительный трансформатор
• Низковольтное распределительное оборудование
• Измерительное оборудование
• Устройства компенсации реактивной мощности

Эти компоненты собираются в соответствии с заранее определённой схемой подключения и устанавливаются внутри один или несколько закрытых металлических корпусов.

Подстанции коробчатого типа широко используются в Трехфазные системы переменного тока 10 кВ / 0,4 кВ, используемый в качестве оборудования для прием, преобразование и распределение электроэнергии.

Также известный как модульные подстанции, подстанции коробчатого типа представляют собой заводские сборные компактные агрегаты, пригодные для установка в помещении и на открытом воздухе. В них объединены преобразование напряжения и распределение низкого напряжения в единую полностью закрытая стальная конструкция то есть:

• Влагозащитный
• Устойчивый к ржавчине
• Пыленепроницаемый
• Защита от грызунов
• Огнестойкий
• Защита от кражи
• С теплоизоляцией
• Подвижный

Они особенно подходят для строительство и модернизация городских электросетей, представляя собой современную альтернативу традиционным подстанциям гражданского строительства.

К типичным областям применения относятся:

• Шахты
• Промышленные предприятия
• Нефтяные и газовые месторождения
• Ветровые электростанции

Подстанции контейнерного типа заменяют традиционные каменные распределительные помещения и подстанции, становясь интегрированное решение для распределения электроэнергии нового поколения.

Классификация подстанций коробчатого типа

Различия между конструкциями американского и европейского типов

Подстанции коробчатого типа в основном подразделяются на:

• Подстанции коробчатого типа американского образца (комбинированный тип)
• Подстанции коробчатого типа европейского образца (сборного типа)

2.1 Понятия: модульная, европейская и американская

(1) Модульная (сборная) подстанция

В конструкции данного типа высоковольтное оборудование, низковольтное коммутационное оборудование и трансформаторы размещаются в металлическом корпусе, внутри которого предусмотрен рабочий проход между высоковольтной и низковольтной частями.
Ввиду того, что большой размер, этот вариант сейчас используется крайне редко.

(2) Подстанция с комбинированным устройством (коробчатая подстанция европейского типа)

В данной конструкции высоковольтные и низковольтные устройства нетрадиционные распределительные щиты. Вместо этого устройства управления и защиты встроены непосредственно в корпус.

Основные особенности:

• Конструкция, не требующая технического обслуживания
• Отсутствие внутреннего рабочего коридора
• Компактная конструкция

Это наиболее широко используемая подстанция европейского типа с коробчатым корпусом сегодня.

(3) Комплектная подстанция (подстанция американского типа в корпусе)

Подстанция коробчатого типа американского образца включает в себя:

• Высоковольтные компоненты
• Низковольтные компоненты
• Трансформатор

И всё это в одном резервуаре для трансформаторного масла, образуя чрезвычайно компактный узел.

Преимущества:

• Чрезвычайно компактные размеры
• Объем, сопоставимый со стандартным масляным трансформатором той же мощности
• Всего около в три раза меньше по размеру, чем коробчатая подстанция европейского типа

---

2.2 Основные различия между подстанциями «американского» и «европейского» типов

Проектирование систем защиты от высокого напряжения

• Подстанция коробчатого типа американского образца
  • Защита от высокого напряжения:
    • Вставной предохранитель
    • Резервный предохранитель + выключатель нагрузки
  • Существует всего две схемы подключения высоковольтных проводов:
    • Кольцевая сеть (двойное питание)
    • Питание терминала
• Коробчатая подстанция европейского типа
  • Варианты защиты от высокого напряжения:
    • Выключатель нагрузки с воздушной изоляцией
    • Вакуумный выключатель нагрузки
    • Выключатель загрузки SF₆ + предохранитель
  • Конфигурация защиты, выбранная с учетом частоты переключения
  • Более гибкие возможности по мощности и конфигурации

Структурная гибкость

Этот самое большое отличие находится в высоковольтной части:

• На подстанциях европейского типа используются независимые функциональные подразделения, что позволяет:
  • Индивидуально спроектированные отсеки высокого напряжения, трансформаторные отсеки и отсеки низкого напряжения
  • Большая гибкость для автоматизации и расширения
• Подстанции американского типа включают:
  • Более компактный
  • Менее гибкий
  • Значительно более недорогой

2.3 Особенности подстанций американского типа в корпусном исполнении

Преимущества

• Компактные размеры
• Простая установка и скрытое размещение
• Более эффективная интеграция экологических аспектов в жилых районах
• Уменьшение длины низковольтного кабеля
• Снижение потерь в линии
• Снижение общей стоимости проекта

Недостатки

• Снижение надежности системы электропитания
• Без моторизованных механизмов
• Сложность внедрения автоматизации распределительных сетей
• Отсутствие встроенных батарей конденсаторов (более высокие потери в линии)
• Ограниченные возможности расширения
• Расширение производственных мощностей требует проведения строительно-ремонтных работ и длительных остановок оборудования

Типичные области применения

Подстанции коробчатого типа американского образца подходят для:

• Малоэтажные жилые дома
• Некритические потребители электроэнергии

В сочетании с небольшими кольцевыми распределительными устройствами они могут обеспечить потребность в электроэнергии многоэтажных жилых домов, но являются не подходит для зданий средней и высокой этажности.

2.4 Особенности подстанций европейского типа в корпусном исполнении

Преимущества

• Снижение уровня электромагнитного излучения
• Трансформатор, заключенный в металлический корпус (эффект экранирования)
• Поддерживает автоматизацию распределения
• Сохраняет большинство преимуществ подстанций американского типа

Недостатки

• Больший размер
• Более высокие требования к установке и размещению

Типичные области применения

Подстанции коробчатого типа европейского образца идеально подходят для:

• Многоэтажные жилые дома
• Здания средней и высокой этажности
• Объекты критически важных систем электроснабжения

3. Перспективы развития коробчатых подстанций

Подстанции коробчатого типа представляют собой основное направление модернизации сельских электросетей и строительства новых подстанций, однако некоторые ограничения сохраняются:

(1) Проблемы в области противопожарной защиты

Хотя современные подстанции в корпусах:

• Полностью закрытый
• Без присмотра
• Безмасляный
• Оснащен системой дистанционного обнаружения дыма

Риск возникновения пожара по-прежнему существует в связи с:

• Кабели
• Конденсаторные батареи

Плохая вентиляция затрудняет тушение пожара.
Установка автоматические системы пожаротушения рекомендуется, хотя это приводит к увеличению себестоимости продукции.

(2) Ограничения по увеличению производственных мощностей

В связи с ограниченным пространством в корпусе:

• Расширение сети исходящих фидерных линий сопряжено со сложностями
• Для установки 1–2 дополнительных фидеров часто требуется новый корпус

(3) Ограничения, связанные с техническим обслуживанием

Ограниченное внутреннее пространство:

• Ограничивает доступ для технического обслуживания
• Осложняет проведение аварийного ремонта

Это — неизбежное ограничение компактной подстанции коробчатого типа.

4. Заключение

Несмотря на некоторые ограничения, подстанции коробчатого типа будут и впредь широко применяться по всей:

• Городские электросети
• Проекты по электрификации сельских районов
• Промышленные объекты
• Общественная инфраструктура

С такими преимуществами, как:

• Компактная конструкция
• Экономическая эффективность
• Быстрая установка