วิธีการกำหนดค่าหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังข้ามกริดระดับภูมิภาค: ตรรกะทางวิศวกรรมเบื้องหลังทุกสถานีย่อย

ลำดับชั้นแบบก้าวลง: สี่ระดับ แต่ละระดับมีงานต้องทำ

โดยทั่วไปกริดระดับภูมิภาคจะใช้แรงดันไฟฟ้าแบบเรียงซ้อนสี่ขั้นตอน: 220 kV → 110 kV → 35 kV → 10 kV คำถามทั่วไปจากผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญคือ: ทำไมไม่เปลี่ยนจาก 220 kV เป็น 10 kV โดยตรงในการแปลงครั้งเดียวและประหยัดต้นทุนของสถานีย่อยระดับกลางสองแห่ง

คำตอบอยู่ที่ฟิสิกส์ที่แข่งขันกันในเรื่องการสูญเสียการส่งผ่านและเศรษฐศาสตร์การเปลี่ยนแปลง

ข้อจำกัดการสูญเสียการส่งผ่าน

การสูญเสียกำลังในตัวนำเป็นไปตามความสัมพันธ์ P_loss = I⊃2; × อา ร์ ที่ระดับพลังงานที่กำหนด การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าจะลดกระแสลงครึ่งหนึ่งและลดการสูญเสียความต้านทานลงสี่เท่า สายไฟฟ้า 220 kV ที่บรรทุก 200 MW ในระยะทาง 100 กม. จะสูญเสียพลังงานประมาณ 1.5–2% กำลังไฟฟ้าเดียวกันที่ 10 kV ในระยะห่างเท่ากันจะสูญเสียมากกว่า 99% - ตัวนำจะต้องมีขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ และแรงดันไฟฟ้าที่ปลายรับจะพังทลายลง ไฟฟ้าแรงสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งทางไกล

ข้อจำกัดด้านเศรษฐศาสตร์การเปลี่ยนแปลง

แต่ไฟฟ้าแรงสูงมีราคาแพงในการจำหน่าย กลุ่มผลิตภัณฑ์สวิตช์เกียร์ 220 kV มีราคาสูงกว่า 10 kV ที่เทียบเท่ากันต่อช่องป้อนห้าถึงสิบเท่า ช่องว่างระหว่างฉนวนต้องการพื้นที่วางทางกายภาพที่ใหญ่ขึ้น ช่องว่างด้านความปลอดภัยจะผลักสถานีย่อยออกจากศูนย์กลางประชากร ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับตำแหน่งที่มีโหลดจริง การแปลงไฟโดยตรง 220 ถึง 10 kV ที่จุดโหลดทุกจุดจะเป็นไปได้ในทางเทคนิค แต่เป็นเรื่องไร้สาระในเชิงเศรษฐกิจ คุณจะต้องติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงพิเศษติดกับทุกตึกของโรงงานและอพาร์ตเมนต์

น้ำตกสี่ระดับช่วยคลายความตึงเครียดนี้ แต่ละระดับทำหน้าที่เฉพาะ:

ระดับแรงดันไฟฟ้า	บทบาทหลัก	ระยะห่างของสถานีย่อยทั่วไป	คะแนนหม้อแปลงทั่วไป
220 กิโลโวลต์	การส่งข้อมูลจำนวนมากระหว่างฮับระดับภูมิภาค	40–80 กม	150–300 เมกะวัตต์เอ
110 กิโลโวลต์	การส่งสัญญาณย่อยไปยังโหนดเมือง/เขต	10–25 กม	40–100 เมกะวัตต์เอ
35 กิโลโวลต์	กระจายไปยังเขตอุตสาหกรรมและผู้ให้อาหารในชนบท	3–8 กม	10–31.5 เมกะวัตต์เอ
10 กิโลโวลต์	การจำหน่ายขั้นสุดท้ายไปยังเครื่องป้อนระดับผู้บริโภค	0.5–3 กม	0.4–2.5 เมกะวัตต์เอ

คอลัมน์ระยะห่างมีความสำคัญอย่างมาก มันไม่ได้เป็นไปตามอำเภอใจ — มันขับเคลื่อนโดย แนวคิด รัศมีอุปทาน ซึ่งเราจะตรวจสอบต่อไป

รัศมีการจ่าย: วงกลมที่มองไม่เห็นซึ่งกำหนดว่าสถานีย่อยต้องไปที่ใด

ทั้งหมด หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย มีรัศมีการจ่ายที่มีประสิทธิภาพสูงสุด - ระยะทางที่แรงดันไฟฟ้าตกและการสูญเสียสายเกินฝ่าฝืนข้อจำกัดด้านกฎระเบียบ รัศมีนี้ไม่ใช่ตัวเลขที่พิมพ์บนแผ่นข้อมูล มันเป็นฟังก์ชันของตัวแปรโต้ตอบสี่ตัวแปร:

1. ระดับแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ : แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าหมายถึงกระแสไฟฟ้าที่ลดลงสำหรับกำลังไฟเดียวกัน ซึ่งหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงต่อกิโลเมตรน้อยลง เครื่องป้อน 35 kV สามารถเข้าถึงได้ในเชิงเศรษฐกิจ 8 กม. โดยทั่วไปแล้วตัวป้อน 10 kV จะสูงสุดที่ 3 กม.

2. หน้าตัดของตัวนำ : ตัวนำที่ใหญ่ขึ้นจะลดความต้านทาน แต่เพิ่มต้นทุน นักวางแผนกริดเลือกขนาดตัวนำไฟฟ้าตามความหนาแน่นของโหลดเป้าหมายและเปอร์เซ็นต์การสูญเสียที่ยอมรับได้

3. ความหนาแน่นของโหลด (MVA/km²) : พื้นที่เมืองที่มีการโหลดหนาแน่นสามารถปรับสถานีย่อยได้มากขึ้นด้วยรัศมีที่เล็กลง พื้นที่ชนบทที่บรรทุกกระจัดกระจายบังคับให้มีรัศมีที่ใหญ่กว่า แต่ต้องยอมรับการสูญเสียต่อตัวป้อนที่สูงขึ้น

4. ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าตามข้อบังคับ : รหัสกริดส่วนใหญ่กำหนดให้แรงดันไฟฟ้าที่จุดผู้บริโภคคงอยู่ภายใน ±5% ถึง ±10% ของค่าที่กำหนด ตัวป้อนต้องสั้นพอที่จะให้แรงดันไฟฟ้าปลายสายอยู่ภายในแถบนี้ภายใต้โหลดสูงสุด

เหตุใดรัศมีการจ่ายจึงกำหนดความจุของหม้อแปลง

นี่คือการเชื่อมต่อที่ตัวระบุจำนวนมากพลาด: รัศมีการจ่ายจะกำหนดจำนวนโหลดที่สถานีย่อยเดียวสามารถรวมได้ และจำนวนโหลดทั้งหมดนั้นจะกำหนดความจุของหม้อแปลง

ในเขตที่อยู่อาศัยที่มีความหนาแน่นโหลด 5 MVA/km² สถานีย่อยที่มีรัศมีการจ่าย 3 กม. ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 28 km² และรวมความต้องการสูงสุดประมาณ 140 MVA สถานีย่อยนั้นต้องการหม้อแปลงไฟฟ้า (หรือหม้อแปลงไฟฟ้า) ที่ได้รับการจัดอันดับเพื่อรองรับ 140 MVA โดยมีระยะสำรองที่เหมาะสม ซึ่งนำเราไปสู่เกณฑ์ N-1 โดยตรง

ในพื้นที่ชนบทที่มีความหนาแน่นในการบรรทุก 0.2 MVA/km⊃2 รัศมี 3 กม. เดียวกันครอบคลุม 28 กม. ⊃2 เท่าเดิม แต่รวมเพียง 5.6 MVA ข้อมูลจำเพาะของสถานีย่อยเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก: หน่วย 10 MVA เดียวก็เพียงพอแล้ว และการออกแบบสถานีย่อยทั้งหมดเปลี่ยนจากการจัดเรียง GIS ในร่มของหม้อแปลงหลายตัวไปเป็นหน่วยเดียว หม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมันกลางแจ้ง พร้อมรูปแบบการป้องกันที่ง่ายกว่า

นี่คือสาเหตุที่อาจระบุหม้อแปลง 110/35 kV ที่เหมือนกันที่ 63 MVA สำหรับสถานีย่อยในเมืองและ 20 MVA สำหรับในชนบท - อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน มาตรฐานเดียวกัน ตัวขับการออกแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เมื่อข้อกำหนดการจัดซื้อระบุเพียง 'หม้อแปลง 110/35 kV, มาตรฐาน IEC' โดยไม่กำหนดบริบทของโหลด ผู้ผลิตไม่สามารถปรับการออกแบบให้เหมาะสมได้ รัศมีการจ่าย — และความหนาแน่นของโหลดที่ระบุ — เป็นตัวแปรที่ขาดหายไปที่สร้างหรือทำลายข้อกำหนด

เกณฑ์ N-1: กฎความซ้ำซ้อนกำหนดทุกสิ่งอย่างไร

เกณฑ์ความปลอดภัย N-1 เป็นกฎการวางแผนกริดที่มีอิทธิพลมากที่สุดเพียงข้อเดียวสำหรับการกำหนดค่าหม้อแปลง โดยระบุว่า: การสูญเสียส่วนประกอบเดี่ยวใดๆ (หม้อแปลง สายไฟ บัสบาร์) จะไม่ทำให้เกิดการหยุดชะงักของการจ่ายโหลดใดๆ ที่กริดจำเป็นต้องให้บริการอย่างต่อเนื่อง

สำหรับสถานีย่อยที่มี หม้อแปลง n ตัวเหมือนกันแต่ละอันได้รับการจัดอันดับที่ S_r เกณฑ์ N-1 ต้องการ:

(n − 1) × S_r ≥ S_ผลรวม

โดยที่ S_total คือยอดรวมของพื้นที่จ่ายไฟของสถานีย่อย ความไม่เท่าเทียมกันนี้ควบคุมการตัดสินใจสามประการพร้อมกัน:

การตัดสินใจที่ 1: จำนวน Transformers ต่อสถานีย่อย

การกำหนดค่า	กำลังโหลดปกติต่อหน่วย	หลังจากสูญเสียไปหนึ่งหน่วย	การใช้งานทั่วไป
2 × ส_อาร์	ครั้งละ ≤ 50%	100% สำหรับยูนิตที่รอดชีวิต	สถานีไฟฟ้าย่อยในเขตเมือง
3 × ส_อาร์	≤ 67% ต่อรายการ	100% สำหรับผู้รอดชีวิตสองคน	ศูนย์กลางในเมือง/ระบบส่งกำลังที่มีความน่าเชื่อถือสูง
4 × ส_อาร์	ครั้งละ ≤ 75%	100% สำหรับผู้รอดชีวิตสามคน	โหนดการส่งผ่านที่สำคัญ

ด้วยหม้อแปลงสองตัว โดยปกติแล้วแต่ละตัวจะทำงานที่ระดับเพียง 50% ของการจัดอันดับ — ครึ่งหนึ่งของเงินลงทุนจะอยู่เฉยๆ ในแต่ละวัน ด้วยหม้อแปลง 3 ตัว การโหลดตามปกติจะเพิ่มขึ้นเป็น 67% ทำให้การใช้สินทรัพย์ดีขึ้น 34% แต่การเพิ่มหม้อแปลงตัวที่สามยังเพิ่มขดลวดตัวที่สาม แผงป้องกันตัวที่สาม ช่องที่สามในลานสวิตช์ และอุปกรณ์ทำความเย็นชุดที่สาม ต้นทุนเงินทุนไม่ได้ปรับขนาดเป็นเส้นตรง

การตัดสินใจที่ 2: หม้อแปลงแต่ละตัวต้องมีพิกัดเท่าใด

หากสถานีย่อยรองรับโหลดสูงสุด 100 MVA พร้อมหม้อแปลงสองตัว แต่ละตัวจะต้องได้รับพิกัดอย่างน้อย 100 MVA นั่นเป็นหน่วยขนาดใหญ่ — เข้าใกล้ขีดจำกัดน้ำหนักการขนส่งสำหรับการส่งมอบทางถนน (โดยทั่วไปคือ 100–150 ตันรวมน้ำมัน) และอาจต้องมีการประกอบในสถานที่สำหรับสิ่งที่มีขนาดใหญ่กว่านั้น หากสถานีย่อยเดียวกันใช้หม้อแปลงสามตัว แต่ละตัวต้องการเพียง 50 MVA หน่วยที่เล็กกว่าจะขนส่งได้ง่ายกว่า เปลี่ยนได้ง่ายกว่าหากเครื่องหนึ่งล้มเหลว และง่ายต่อการจัดหาจากผู้ผลิตหลายราย

การตัดสินใจที่ 3: จะใช้การทำความเย็นแบบบังคับ (ONAF/ODAF) หรือไม่

หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีพิกัด 63 MVA ภายใต้ ONAN (การระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติ) สามารถส่งกระแสไฟได้ประมาณ 75 MVA ภายใต้ ONAF (การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ) และสูงถึง 80 MVA ภายใต้ ODAF (การระบายความร้อนด้วยน้ำมันและอากาศแบบบังคับทิศทาง) เมื่อเกณฑ์ N-1 กำหนดให้หม้อแปลงที่ยังมีชีวิตอยู่ต้องรับภาระ 100% เป็นการชั่วคราว จนกว่าหน่วยที่ล้มเหลวจะได้รับการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ ผู้วางแผนโครงข่ายมักจะระบุระดับการทำความเย็นที่จัดให้มีพื้นที่ว่างส่วนเกินในกรณีฉุกเฉิน หม้อแปลงไฟฟ้าได้รับการสั่งซื้อเป็นหน่วย 63/75/80 MVA (ONAN/ONAF/ODAF) ระดับแผ่นป้ายคือ 63 MVA แต่พัดลมระบายความร้อนและปั๊มน้ำมันให้พลังงานสำรองฉุกเฉิน 27%

นี่คือการตัดสินใจในการออกแบบที่ไหลโดยตรงจากสถาปัตยกรรมกริดไปยังข้อกำหนดระบบทำความเย็นของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจะส่งผลต่อต้นทุนของหม้อแปลงไฟฟ้า ระดับเสียงในการทำงานปกติ (ปิดพัดลมและทำงาน) และโปรไฟล์อายุของฉนวนในระยะยาว การระบุ ONAF เมื่อแผนกริดต้องการเพียง ONAN เท่านั้นถือเป็นการสิ้นเปลือง การระบุ ONAN เมื่อการวิเคราะห์ N-1 เรียกร้องให้ ONAF เป็นอันตราย — หม้อแปลงที่ยังมีชีวิตอยู่จะเกิดความร้อนมากเกินไปและสะดุด เปลี่ยนความล้มเหลวของส่วนประกอบเดียวให้เป็นการหยุดทำงานแบบเรียงซ้อน

การย้ายศูนย์โหลด: เหตุใดหม้อแปลงอายุ 20 ปีจึงอาจอยู่ผิดที่ในปีที่ 10

การวางตำแหน่งสถานีย่อยมีจุดมุ่งหมายสำหรับศูนย์โหลด - จุดทางภูมิศาสตร์ที่ลดระยะทางรวมให้เหลือน้อยที่สุด (และการสูญเสียตัวป้อนรวม) ให้กับโหลดที่ให้บริการทั้งหมด แต่ศูนย์โหลดไม่อยู่กับที่ สวนอุตสาหกรรมถูกสร้างขึ้น เขตที่อยู่อาศัยขยายตัว และทางเดินเชิงพาณิชย์เปลี่ยนไป สถานีย่อยที่ตำแหน่งที่ศูนย์โหลดปี 2025 อาจอยู่ห่างจากศูนย์โหลดปี 2035 2 กม.

สิ่งนี้มีผลกระทบโดยตรงต่อข้อกำหนดของหม้อแปลง:

• ช่วงการต๊าป : ช่วงตัวเปลี่ยนแทปออนโหลดที่กว้างขึ้น (เช่น ±10% แทนที่จะเป็น ±5%) ช่วยให้หม้อแปลงมีพื้นที่มากขึ้นในการชดเชยการเคลื่อนตัวของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเติบโตของความยาวของตัวป้อน เมื่อสถานีย่อยไม่อยู่ที่โหลดเซ็นเตอร์อีกต่อไป ตัวป้อนไปยังโหลดเซ็นเตอร์ใหม่จะมีขนาดยาวขึ้น แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมมากขึ้น และเครื่องเปลี่ยนแทปจะต้องทำงานหนักขึ้น หม้อแปลงไฟฟ้าที่สั่งด้วยช่วงก๊อกน้ำแคบอาจหมดพื้นที่ควบคุมก่อนที่จะถึงอายุการใช้งาน

• เปอร์เซ็นต์ความต้านทาน : เมื่อสถานีย่อยให้บริการโหลดในบริเวณใกล้เคียง ควรใช้ความต้านทานที่ต่ำกว่า (เช่น 10%) ซึ่งจะช่วยลดการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการสูญเสียให้เหลือน้อยที่สุด เมื่อสถานีย่อยเดียวกันต้องให้บริการโหลดในระยะทางที่มากขึ้นเนื่องจากโหลดเซ็นเตอร์ถูกย้าย ความต้านทานที่สูงขึ้น (เช่น 12–14%) จะช่วยจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ส่วนท้ายของตัวป้อนที่ยาวกว่า ซึ่งอุปกรณ์ป้องกันอาจมีระดับการขัดจังหวะต่ำกว่า ค่าอิมพีแดนซ์จะถูกแช่แข็งในขั้นตอนการออกแบบ คุณไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้หลังจากสร้างหม้อแปลงแล้ว

• ความสามารถในการขยายในอนาคต : สถานีย่อยที่ติดตั้งหม้อแปลงสองตัวในตอนแรกควรได้รับการออกแบบเพื่อรองรับหนึ่งในสาม ซึ่งหมายความว่าต้องมีการวางแผนรากฐานทางแพ่ง หลุมกักเก็บน้ำมัน และระยะการแยกไฟไว้ล่วงหน้า ผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าจำเป็นต้องรู้สิ่งนี้ในขั้นตอนการออกแบบ ตัวอย่างเช่น ระบบกักเก็บน้ำมัน จะต้องมีขนาดสำหรับหน่วยที่ใหญ่ที่สุดในอนาคต ไม่ใช่แค่หน่วยเริ่มต้นเท่านั้น

สิ่งที่ต้องเขียนในข้อกำหนดการจัดซื้อจัดจ้าง

เมื่อสั่งซื้อหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับสถานีย่อยที่คาดว่าจะย้ายศูนย์โหลดตลอดอายุการใช้งาน 30 ปี ข้อกำหนดควรรวมถึง:

1. ข้อมูลการคาดการณ์โหลด : จัดเตรียมโปรไฟล์โหลดที่คาดการณ์ไว้ในช่วง 10 ปีและ 20 ปี ไม่ใช่แค่ความต้องการสูงสุดในปัจจุบัน ผู้ผลิตจำเป็นต้องใช้สิ่งนี้เพื่อปรับขนาดระบบทำความเย็นและประเมินอัตราการเสื่อมสภาพของฉนวนภายใต้โปรไฟล์การโหลดที่คาดไว้

2. ข้อมูลรัศมีการจ่ายและความยาวตัวป้อน : ระบุความยาวตัวป้อนสูงสุดและเฉลี่ย ณ เวลาที่ทดสอบการใช้งานและค่าสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ใน 10 ปี ซึ่งจะช่วยให้ผู้ผลิตเลือกช่วงตัวเปลี่ยนแทปที่เหมาะสมได้

3. ความสามารถในการลัดวงจรของระบบ : ระบุระดับการลัดวงจรสูงสุดและต่ำสุดที่ขั้วต่อหลักและรองของหม้อแปลงไฟฟ้า ทั้งในปัจจุบันและที่คาดการณ์ไว้ วิธีนี้จะกำหนดเปอร์เซ็นต์อิมพีแดนซ์ที่เหมาะสมที่สุด — ต่ำเกินไป และกระแสไฟฟ้าลัดวงจรทุติยภูมิเกินพิกัดของเบรกเกอร์ สูงเกินไปและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าก็ทนทุกข์ทรมาน

4. ข้อกำหนดฉุกเฉิน N-1 : ระบุอย่างชัดเจนว่าหม้อแปลงต้องรับภาระ 100% ของสถานีย่อยหรือไม่ หากสูญหายไปหนึ่งยูนิต และต้องใช้เวลานานเท่าใด สิ่งนี้จะกำหนดว่าจำเป็นต้องทำความเย็นแบบบังคับหรือไม่และมีความจุเท่าใด

การทำแผนที่แรงดันไฟฟ้า-โซ่-ถึง-หม้อแปลง-พารามิเตอร์

เพื่อให้การเชื่อมต่อระหว่างกริดกับหม้อแปลงเป็นรูปธรรม ต่อไปนี้คือวิธีที่แต่ละระดับในสเต็ปดาวน์เชนแมปกับพารามิเตอร์การออกแบบหม้อแปลงเฉพาะที่ผู้ผลิตต้องปรับให้เหมาะสม:

การตัดสินใจสถาปัตยกรรมกริด	พารามิเตอร์ของหม้อแปลงได้รับผลกระทบ	ผลการออกแบบ
จำนวนระดับแรงดันไฟฟ้า	อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลง (เช่น 220/110 kV)	กำหนดระดับแรงดันฉนวนของขดลวดและระดับแรงดันไฟฟ้าของเครื่องเปลี่ยนแทป
รัศมีการจ่ายในแต่ละระดับ	ความจุสูงสุด (MVA)	กำหนดขนาดแกนและขดลวด น้ำหนักการขนส่ง ระดับการทำความเย็น
ข้อกำหนด N-1 ที่แต่ละสถานีย่อย	จำนวนยูนิต + ระดับการทำความเย็น	กำหนดว่า ONAN เพียงพอหรือ ONAF/ODAF จำเป็นสำหรับการโอเวอร์โหลดฉุกเฉินหรือไม่
ความเสถียรของศูนย์โหลดมากกว่า 20 ปี	ช่วงและประเภทของ Tap-changer (OLTC กับ NLTC)	OLTC ที่มีช่วง ±10% มีราคาสูงกว่าแต่ให้ความยืดหยุ่นในระยะยาว NLTC ที่มี ±5% ราคาถูกกว่าแต่เข้มงวด
การฉายภาพการเติบโตของความยาวของตัวป้อน	เปอร์เซ็นต์ความต้านทาน (%Z)	%Z ที่สูงกว่าจะจำกัดการเติบโตของกระแสลัดวงจร %Z ที่ต่ำกว่าจะช่วยปรับปรุงการควบคุมแรงดันไฟฟ้า
ความหนาแน่นของโหลดและปัจจัยโหลด	การสูญเสียขณะไม่มีโหลดเทียบกับอัตราส่วนการสูญเสียโหลด	สถานีย่อยที่มีปัจจัยโหลดสูงจะได้รับประโยชน์จากการสูญเสียโหลดต่ำ สถานีย่อยที่มีปัจจัยโหลดต่ำได้รับประโยชน์จากการสูญเสียที่ไม่มีโหลดต่ำ (แกนอสัณฐาน)

แถวสุดท้ายสมควรได้รับการเน้น หม้อแปลง 220/110 kV ในฮับระบบส่งกำลังทำงานที่โหลดสูงตลอด 24 ชั่วโมง การสูญเสียโหลดมีอิทธิพลเหนือการสูญเสียพลังงานทั้งหมด และผู้ผลิตควรปรับการออกแบบขดลวดให้เหมาะสมเพื่อให้สูญเสียทองแดงต่ำ หม้อแปลงไฟฟ้า 35/10 kV ในเขตที่อยู่อาศัยทำงานที่โหลด 20% ในเวลากลางคืนและ 80% ในช่วงพีคตอนเย็น — การสูญเสียที่ไม่มีโหลด (การสูญเสียแกนกลาง) ทำงานอย่างต่อเนื่องและอาจเกินการสูญเสียโหลดในรอบ 24 ชั่วโมง สำหรับหน่วยนี้ ผู้ผลิตควรปรับให้เหมาะสมสำหรับการสูญเสียที่ไม่มีโหลดต่ำ ซึ่งอาจหมายถึงวัสดุแกนที่แตกต่างกัน (เหล็กซิลิกอนที่มีลายเกรนเทียบกับโลหะผสมอสัณฐาน) และรูปทรงแกนที่แตกต่างกัน

หม้อแปลงทั้งสองตัวอาจมีฉลาก 'มาตรฐาน IEC' แต่เป็นเครื่องจักรที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน — ปรับให้เหมาะสมสำหรับตำแหน่งกริดโดยพื้นฐานที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดด้านการจัดซื้อจัดจ้างที่ไม่ได้สื่อสารบริบทนี้บังคับให้ผู้ผลิตต้องออกแบบเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ย ซึ่งไม่ดีพอสำหรับทุกการใช้งานเฉพาะ

ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง: สถานีย่อย 110 kV สองสถานี, หม้อแปลงไฟฟ้าที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงสองตัว

พิจารณาสถานีย่อยสองแห่งที่ Welldone จัดหาหม้อแปลงให้ โดยทั้งสองสถานีทำงานที่ 110/35/10 kV ทั้งคู่ในนาม 'หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง' - แต่มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงซึ่งขับเคลื่อนโดยตำแหน่งกริด

สถานีย่อย A — เขตอุตสาหกรรมในเมือง

• ความหนาแน่นของโหลด: 8 MVA/km² รัศมีการจ่าย: 1.5 กม

• โหลดสูงสุด: ต้องใช้ 90 MVA, N-1

• การกำหนดค่า: 2 × 63 MVA, ONAN/ONAF (63/75 MVA)

• ความต้านทาน: 12.5% ​​(สูง เนื่องจากตัวป้อน 35 kV สั้นและกระแสลัดวงจรต้องถูกจำกัดสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศที่มีอยู่)

• ตัวเปลี่ยนต๊าป: ±8 × 1.25% ออนโหลด (ช่วงกว้าง เนื่องจากการเติบโตของโหลดรวดเร็วและความยาวของตัวป้อนเปลี่ยนแปลง)

• การระบายความร้อน: ขนาดพัดลม ONAF สำหรับการทำงานต่อเนื่อง เนื่องจากการวิเคราะห์ N-1 แสดงให้เห็นว่าหม้อแปลงที่เหลืออาจมีกระแสไฟฟ้า 90 MVA เป็นเวลาหลายชั่วโมงก่อนที่จะถ่ายโอนโหลดไปยังสถานีย่อยใกล้เคียง

• เสียงรบกวน: ระบุที่ ≤75 dB(A) ที่ 1 ม. โดยเปิดพัดลม เนื่องจากสถานีย่อยอยู่ห่างจากเขตที่อยู่อาศัย 200 ม.

สถานีย่อย B — เขตเกษตรกรรมชนบท

• ความหนาแน่นของโหลด: 0.15 MVA/km² รัศมีการจ่าย: 8 กม

• โหลดสูงสุด: 12 MVA, N-1 ไม่จำเป็น (หม้อแปลงเดี่ยว หน่วยอะไหล่เคลื่อนที่พร้อมใช้งานภายใน 48 ชั่วโมง)

• การกำหนดค่า: 1 × 16 MVA, ONAN เท่านั้น

• ความต้านทาน: 10% (ต่ำกว่า เนื่องจากตัวป้อน 35 kV มีความยาวและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าเป็นข้อจำกัดในการผูก — ความต้านทานที่ต่ำกว่าช่วยรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสาย)

• ตัวเปลี่ยนแทป: ±2 × 2.5% ออฟโหลด (ช่วงแคบ เนื่องจากการเติบโตของโหลดช้าและกริดมีเสถียรภาพ)

• การทำความเย็น: ONAN เท่านั้น — ไม่มีข้อกำหนด N-1 ไม่จำเป็นต้องมีพื้นที่โอเวอร์โหลดฉุกเฉิน

• เสียงรบกวน: ไม่มีข้อกำหนดพิเศษ สถานีย่อยอยู่ในพื้นที่เปิดโล่งโดยไม่มีเพื่อนบ้านอยู่ในระยะ 500 ม

เหล่านี้เป็นทั้งหม้อแปลง 110 kV พวกเขาไม่สามารถแตกต่างไปกว่านี้อีกแล้ว หากข้อกำหนดของสถานีย่อย A ถูกนำไปใช้กับสถานีย่อย B โดยไม่ได้ตั้งใจ ยูทิลิตี้ในชนบทจะจ่ายค่าทำความเย็น ONAF, OLTC และความจุขนาดใหญ่ที่จะไม่ใช้งาน — ค่าใช้จ่ายพรีเมียม 40-60% โดยไม่มีผลประโยชน์ ถ้าข้อกำหนดของสถานีย่อย B ถูกนำไปใช้กับสถานีย่อย A สถานีย่อยในเมืองจะไม่ผ่านการทดสอบ N-1 ในวันแรก และเครื่องเปลี่ยนก๊อกน้ำจะหมดระยะภายในห้าปีเมื่อภาระทางอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้น

คำถามห้าข้อทุกข้อกำหนดการจัดซื้อควรตอบ

ก่อนที่จะออกการประกวดราคาหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังในระบบกริดระดับภูมิภาค ควรตอบคำถามต่อไปนี้และสื่อสารกับผู้ผลิต แต่ละอันกำหนดรูปแบบการออกแบบหม้อแปลงโดยตรง:

1. ปริมาณโหลดที่วางแผนและคาดการณ์ไว้ที่สถานีย่อยนี้ในอีก 10 และ 20 ปีข้างหน้าคืออะไร? สิ่งนี้จะกำหนดความจุที่กำหนดและควรคาดการณ์การขยายแบบเป็นขั้น (เพิ่มยูนิตที่สองในภายหลัง) หรือไม่

2. ข้อกำหนด N-1 คืออะไร? N-1 เต็มหรือไม่ (หม้อแปลงที่ยังเหลืออยู่สามารถบรรทุก 100% ได้อย่างไม่มีกำหนด) หรืออนุญาตให้มีการถ่ายโอนโหลดบางส่วนไปยังสถานีย่อยใกล้เคียง (เช่น จ่ายเอง 70% + ถ่ายโอน 30%) คำตอบจะกำหนดระดับการทำความเย็นและว่าสถานีย่อยต้องการสองยูนิตหรือหนึ่งยูนิตพร้อมอะไหล่เคลื่อนที่

3. ระดับการลัดวงจรของระบบที่เทอร์มินัลหลักและรองในขณะนี้และที่คาดการณ์ไว้คือเท่าใด สิ่งนี้จะกำหนดความต้านทานที่เหมาะสมที่สุด หากโครงข่ายกำลังเพิ่มขึ้นและระดับไฟฟ้าลัดวงจรเพิ่มขึ้น อาจเลือกความต้านทานที่สูงขึ้นเล็กน้อยเพื่อให้ห้องสวิตช์เกียร์หายใจได้

4. ความยาวตัวป้อนสูงสุดและเฉลี่ยคือเท่าใด และคาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร สิ่งนี้จะกำหนดช่วงตัวเปลี่ยนการแตะ หากความยาวของตัวป้อนเพิ่มขึ้น ให้ระบุช่วง OLTC ให้กว้างขึ้นในตอนนี้ — ในทางปฏิบัติแล้ว การติดตั้งเครื่องเปลี่ยนต๊าปตัวอื่นภายหลังการผลิตนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

5. โหลดแฟกเตอร์ (อัตราส่วนของโหลดเฉลี่ยต่อโหลดสูงสุด) คืออะไร? สิ่งนี้จะกำหนดอัตราส่วนการปรับให้เหมาะสมที่ไม่มีการสูญเสียโหลดต่อการสูญเสียโหลด ปัจจัยโหลดสูงช่วยให้สูญเสียโหลดต่ำ (ทองแดงมากขึ้น); ปัจจัยการรับน้ำหนักต่ำช่วยให้เกิดการสูญเสียที่ไม่มีโหลดต่ำ (วัสดุแกนที่ดีกว่าหรือโลหะผสมอสัณฐาน)

บทสรุป

การกำหนด ค่าหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง ในโครงข่ายระดับภูมิภาคไม่ใช่แบบฝึกหัดการเลือกแค็ตตาล็อก เป็นกระบวนการแปลทางวิศวกรรม — แปลงการตัดสินใจทางสถาปัตยกรรมของผู้วางแผนกริด (ระดับแรงดันไฟฟ้า รัศมีการจ่าย เกณฑ์ N-1 การพยากรณ์โหลด) ให้เป็นพารามิเตอร์การออกแบบของผู้ผลิต (ความจุ อิมพีแดนซ์ ช่วงการแตะ ระดับการทำความเย็น การเพิ่มประสิทธิภาพการสูญเสีย) เมื่อการแปลนี้เสร็จสิ้นอย่างชัดเจนและสื่อสารผ่านข้อกำหนดการจัดซื้อจัดจ้าง ผลลัพธ์ที่ได้คือหม้อแปลงที่เหมาะกับตำแหน่งกริดเหมือนกุญแจในล็อค เมื่อทำโดยปริยาย — หรือไม่ทำเลย — ผลลัพธ์ที่ได้คือหม้อแปลงที่ทำงานได้ มีค่าใช้จ่ายในการดำเนินการมากกว่าที่ควรจะเป็น และจะไม่รองรับการเติบโตของโหลดที่ผู้วางแผนกริดรู้อยู่แล้วว่ากำลังจะมาถึง