Driefasige olie-ondergedompelde transformatoren uit de S13-serie: een selectiegids voor distributietransformatoren met lage verliezen van de volgende generatie

In 10kV-distributiesystemen behoren driefasige, in olie ondergedompelde distributietransformatoren lange tijd tot de meest gebruikte soorten apparatuur. Of het nu gaat om stedelijke wooncomplexen, landelijke netwerkupgrades of de stroomvoorziening van industriële locaties en commerciële gebouwen, 10 kV olie-ondergedompelde transformatoren spelen een cruciale rol bij spanningstransformatie en stroomdistributie.

Terwijl de energie-efficiëntienormen voor distributieapparatuur blijven stijgen, zijn traditionele transformatoren uit de S9- en S11-serie – vanwege hun relatief hogere verliezen – steeds minder in staat om aan de energiebesparende eisen van bepaalde projecten te voldoen. De S13-serie biedt daarentegen verbeterde operationele efficiëntie en betrouwbaarheid van de apparatuur door middel van geoptimaliseerde kernstructuren, geavanceerde materiaaltoepassingen en volledig afgedichte ontwerpen; bijgevolg is het een voorkeursmodel geworden voor de vervanging en modernisering van 10 kV-distributietransformatoren.

Dit artikel schetst de modelaanduidingen, structurele kenmerken, belangrijkste prestatieparameters en praktische toepassingsscenario's van de driefasige olie-ondergedompelde transformatoren uit de S13-serie, en dient als referentie voor selectie, aanschaf en bediening en onderhoud.

I. Modelaanduiding: ontcijfering van de S13 'identiteitscode'

Modelaanduidingen voor distributietransformatoren bestaan ​​doorgaans uit een combinatie van letters en cijfers, met specifieke symbolen die de productstructuur, prestatieklasse en nominale parameters vertegenwoordigen. Als we het gangbare model S13-M.RL-500/10 als voorbeeld nemen, is de verdeling als volgt:

S13-M.RL-500/10 duidt dus een driefasige, in olie ondergedompelde distributietransformator aan met een nominaal vermogen van 500 kVA en een spanningsklasse van 10 kV, met een volledig afgedichte, driedimensionale gewikkelde kernstructuur.

Met name de 'M' duidt op een volledig afgedichte structuur, wat een belangrijk ontwerpkenmerk is van de S13-serie.

Traditionele in olie ondergedompelde transformatoren zijn doorgaans uitgerust met een olieconservator; de transformatorolie interageert met de lucht om volumeveranderingen op te vangen die worden veroorzaakt door temperatuurschommelingen. Tijdens langdurig gebruik kunnen vocht en zuurstof uit de lucht er echter voor zorgen dat de transformatorolie geleidelijk veroudert, waardoor de isolatieprestaties in gevaar komen.

De volledig afgedichte structuur elimineert de olieconservator, maar maakt in plaats daarvan gebruik van de uitzetting en samentrekking van de gegolfde tank zelf om veranderingen in het olievolume te compenseren. Hierdoor wordt de transformatorolie geïsoleerd van de externe atmosfeer, waardoor de risico's op oliedegradatie en vochtopname worden verminderd en de stabiliteit van de apparatuur tijdens langdurig gebruik wordt verbeterd.

II. Belangrijkste technische kenmerken van de S13-serie

Met name de 'M' duidt op een volledig afgedichte structuur, wat een belangrijk ontwerpkenmerk is van de S13-serie. Traditionele in olie ondergedompelde transformatoren zijn doorgaans uitgerust met een olieconservator; de transformatorolie interageert met de lucht om volumeveranderingen op te vangen die worden veroorzaakt door temperatuurschommelingen. Tijdens langdurig gebruik kunnen vocht en zuurstof uit de lucht er echter voor zorgen dat de transformatorolie geleidelijk veroudert, waardoor de isolatieprestaties in gevaar komen.

De volledig afgedichte structuur elimineert de olieconservator, maar maakt in plaats daarvan gebruik van de uitzetting en samentrekking van de gegolfde tank zelf om veranderingen in het olievolume te compenseren. Hierdoor wordt de transformatorolie geïsoleerd van de externe atmosfeer, waardoor de risico's op oliedegradatie en vochtopname worden verminderd en de stabiliteit van de apparatuur tijdens langdurig gebruik wordt verbeterd.

1. Minder nullastverlies en verbeterde operationele economie

Tijdens de werking van de transformator genereert de ijzeren kern een zekere mate van verlies, zelfs als er geen belasting is; dit staat bekend als nullastverlies. Omdat distributietransformatoren doorgaans gedurende langere perioden onder spanning blijven staan, is het verminderen van nullastverlies cruciaal voor het minimaliseren van het jaarlijkse energieverbruik.

De S13-serie bereikt lagere nullastverliezen in vergelijking met de S11-serie dankzij geoptimaliseerde kernmaterialen en productieprocessen.

Deze producten maken doorgaans gebruik van hoogwaardige koudgewalste, korrelgeoriënteerde siliciumstaalplaten voor de kern en maken gebruik van geoptimaliseerde verbindingsconfiguraties om magnetisch fluxverlies te minimaliseren. Sommige hoogwaardige modellen maken gebruik van siliciumstaal met hoge permeabiliteit om de magnetische eigenschappen verder te verbeteren.

Bovendien maakt het kernproductieproces gebruik van een volledig verstekverbindingsstructuur van 45°, die magnetische weerstandsvariaties in het magnetische circuit minimaliseert en ijzerverliezen tijdens bedrijf vermindert.

Wat de geleidermaterialen betreft, gebruikt de S13-serie over het algemeen koperdraad met hoge geleidbaarheid voor wikkelingen om weerstandsverliezen onder belasting te verminderen en de algehele operationele efficiëntie te verbeteren.

Als we een unit van 10 kV, 500 kVA als voorbeeld nemen, vertoont de S13-serie lagere nullastverliezen dan traditionele S11-modellen, waardoor energieverspilling tijdens langdurig gebruik wordt verminderd.

2. Toepassing van de driedimensionale wondkernstructuur

Bepaalde modellen uit de S13-serie zijn voorzien van een driedimensionale gewikkelde kernstructuur (RL-type), wat een belangrijke trend vertegenwoordigt in de structurele optimalisatie van distributietransformatoren van de afgelopen jaren.

In tegenstelling tot traditionele gestapelde kernen wordt de driedimensionaal gewikkelde kern gevormd door een continu wikkelproces om een ​​gesloten driefasig magnetisch circuit te creëren. De drie kernledematen zijn gerangschikt in een driedimensionale configuratie, wat resulteert in een meer gebalanceerd driefasig magnetisch circuit. Deze structuur biedt de volgende belangrijke kenmerken:

· Verbeterde symmetrie van het magnetische circuit: de magnetische weerstand over de drie fasen is in wezen uniform, waardoor de excitatiestroom wordt verminderd;

· Verminderde nullastverliezen: magnetische fluxverliezen worden geminimaliseerd, waardoor de kerngebruiksefficiëntie wordt verbeterd;

· Lager bedrijfsgeluid: verminderde magnetostrictie-effecten resulteren in een stillere, soepelere werking;

· Hoge structurele sterkte: de geïntegreerde kernstructuur verbetert de mechanische stabiliteit.

Producten met het driedimensionale gewikkelde kernontwerp bieden duidelijke voordelen voor locaties met strenge eisen op het gebied van geluidsbeheersing, zoals woonwijken en commerciële gebouwen.

3. Volledig afgedichte structuur voor verbeterde operationele betrouwbaarheid

Het volledig afgedichte ontwerp is een belangrijk kenmerk dat de transformatoren uit de S13-M-serie onderscheidt van traditionele in olie ondergedompelde modellen.

Conventionele, in olie ondergedompelde transformatoren maken doorgaans gebruik van een olieconservatorstructuur (expansietank), waarbij het oliepeil fluctueert om temperatuurgeïnduceerde volumeveranderingen op te vangen. Tijdens langdurig gebruik kunnen echter vocht, zuurstof en onzuiverheden uit de lucht in de olie terechtkomen, waardoor de veroudering van de isolerende olie wordt versneld en de isolatieprestaties van de transformator in gevaar worden gebracht.

De S13-M-serie maakt gebruik van een volledig afgedichte structuur met een gegolfde tank, waardoor er geen traditionele olieconservator nodig is. Naarmate de bedrijfstemperatuur verandert, zetten de gegolfde tankwanden uit en krimpen ze in om de variaties in het olievolume te compenseren, waardoor de interne olie volledig afgesloten blijft van de buitenomgeving.

Deze structuur biedt verschillende belangrijke voordelen:

· Minimaliseert het contact tussen de transformatorolie en de lucht, waardoor de olie-oxidatie wordt vertraagd;

·Vermindert het risico op het binnendringen van vocht, wat anders de isolatieprestaties zou kunnen verslechteren;

·Vermindert de behoefte aan routineonderhoudstaken zoals het bijvullen of vervangen van olie;

· Geschikt voor buitenomgevingen en scenario's die langdurig, continu gebruik vereisen.

Voor distributieapparatuur die is geïnstalleerd op verspreide locaties of in gebieden met beperkte onderhoudstoegang, zoals elektriciteitsnetwerken op het platteland, onderstations van het buitenboxtype en distributiesystemen in industrieparken, helpt de volledig afgedichte structuur de last van lopende exploitatie en onderhoud te verlichten.

4. Hoge kortsluitvastheid

Tijdens de daadwerkelijke werking kunnen distributietransformatoren worden blootgesteld aan abnormale omstandigheden, zoals lijnfouten of externe kortsluitingen. Wanneer er kortsluiting optreedt, worden de wikkelingen blootgesteld aan aanzienlijke elektromagnetische krachten; daarom moet het structurele ontwerp van de transformator voldoende mechanische sterkte bezitten.

De S13-M.RL-serie maakt gebruik van een driedimensionale gewikkelde kernstructuur, waardoor de transformatorconstructie een hoge algehele stijfheid krijgt. De wikkelingen hebben doorgaans een cilindrische structuur met concentrische hoog- en laagspanningsspoelen, waardoor een meer uniforme verdeling mogelijk is van de axiale en radiale elektromagnetische krachten die worden gegenereerd door kortsluitstromen.

Ondertussen wordt de interne constructie vastgezet met behulp van klemmen, trekstangen en isolerende steunconstructies om de algehele mechanische stabiliteit te verbeteren, waardoor het vermogen van de transformator om de impact van plotselinge kortsluiting te weerstaan ​​wordt verbeterd.

Opgemerkt moet worden dat het kortsluitvastheidsvermogen van een transformator niet alleen afhangt van de kernstructuur, maar ook van het ontwerp van de wikkeling, productieprocessen, isolatiematerialen en assemblagekwaliteit; daarom moeten tijdens de daadwerkelijke projectselectie uitgebreide beoordelingen worden uitgevoerd op basis van typetestgegevens van de fabrikant

III. Technische prestatieparameters

De S13-serie van 10 kV driefasige olie-ondergedompelde transformatoren biedt een breed capaciteitsbereik, dat de standaardcapaciteitswaarden dekt die gewoonlijk worden gebruikt in algemene stroomdistributiesystemen. Hieronder volgen enkele typische parameters voor de S13-M.RL-serie:

Algemene technische specificaties

De 10kV-distributietransformatoren uit de S13-serie voldoen over het algemeen aan de volgende technische basisvereisten:

*Geschatte frequentie: 50 Hz

*Nominale spanningsklasse: 10 kV / 0,4 kV

*Koelingsmethode: ONAN (natuurlijke koeling in olie)

*Isolatieklasse: isolatieklasse A

*HV-tapbereik: ±5% of ±2×2,5%

*Vectorgroep: Dyn11 of Yyn0

Hiervan wordt de Dyn11-vectorgroep veel gebruikt in stedelijke stroomdistributie en industriële belastingstoepassingen, omdat de delta-verbonden wikkeling het mogelijk maakt dat derde-harmonische stromen intern circuleren, waardoor de impact van harmonischen op het stroomvoorzieningssysteem wordt verzacht.

IV. Vereisten voor energie-efficiëntieklasse

Distributietransformatoren zijn apparatuur die is ontworpen voor langdurig gebruik, en hun verliesniveaus zijn rechtstreeks van invloed op de exploitatiekosten van het elektriciteitsnet. Daarom hebben nationale normen duidelijke eisen gesteld aan indicatoren voor de energie-efficiëntie van transformatoren. Volgens de standaard minimaal toegestane waarden van energie-efficiëntie en energie-efficiëntieklassen voor energietransformatoren (GB 20052-2020) voldoen de verliesstatistieken van de S13-serie aan de relevante energie-efficiëntie-eisen, waardoor ze veelgebruikte energiebesparende distributietransformatoren zijn in de huidige markt.

Opgemerkt moet worden dat de GB 20052-standaard is bijgewerkt. GB 20052-2024 treedt in werking op 1 februari 2025; Voortbouwend op de vorige versie verfijnt het de energie-efficiëntie-eisen voor transformatoren verder in nieuwe energietoepassingsscenario's, waaronder apparatuur voor fotovoltaïsche (PV) energie, windenergie en energieopslagsystemen.

Voor standaard 10kV-distributieprojecten voldoet de S13-serie aan conventionele energiebesparende behoeften. Voor projecten met strengere eisen op het gebied van energieverbruik – zoals groene gebouwen, grootschalige datacenters en nieuwe energiecentrales – kunnen echter producten met hogere energie-efficiëntieklassen (bijvoorbeeld de S20- of S22-serie) worden overwogen, afhankelijk van de investeringsbudgetten en operationele levenscycli.

V. Toepassingsscenario's

De driefasige olie-ondergedompelde transformatoren uit de S13-serie worden voornamelijk gebruikt in 50 Hz AC-distributiesystemen met een vermogen van 10 kV of lager. Ze zijn geschikt voor toepassingen die een hoge operationele betrouwbaarheid, lage verliezen en onderhoudsgemak vereisen.

Opgemerkt moet worden dat nieuwe energieprojecten vaak complexere bedrijfsomstandigheden voor transformatoren met zich meebrengen. Naast capaciteits- en verliesstatistieken moeten factoren zoals harmonische niveaus, belastingsschommelingen en vereisten voor netaansluiting in aanmerking worden genomen. Daarom moeten voor toepassingen zoals PV en energieopslag geschikte producten worden geselecteerd op basis van de specifieke technische vereisten van het project. VI. Vergelijkende economische analyse: S13-serie versus S11-serie

Bij het selecteren van distributietransformatoren hangt de keuze tussen de S13- en S11-serie niet alleen af ​​van de initiële aankoopprijs, maar ook van een uitgebreide beoordeling van energieverliezen en onderhoudskosten op de lange termijn.

Vergeleken met de S11-serie bereikt de S13-serie verdere reducties in zowel nullast- als belastingsverliezen door geoptimaliseerde kernmaterialen en productieprocessen. Omdat distributietransformatoren doorgaans gedurende lange perioden continu werken, blijven de verliezen bij nullast bestaan, zelfs bij lage belasting; daarom is het minimaliseren van deze verliezen praktisch significant voor het verbeteren van de economische levensduur van de apparatuur.

Met een transformator van 10 kV, 500 kVA als voorbeeld vergelijkt de volgende tabel de bedrijfskosten van de twee producten, gebaseerd op een aanname van 8.000 jaarlijkse bedrijfsuren en een elektriciteitsprijs van 0,8 RMB/kWh:

Uit de bovenstaande berekeningen blijkt dat de S13-serie onder langdurige bedrijfsomstandigheden de elektriciteitskosten verlaagt door energieverliezen te minimaliseren. Voor projecten met langere bedrijfstijden en stabiele belastingen kunnen de besparingen door energie-efficiëntie doorgaans de hogere initiële investering in de loop van de tijd compenseren.

Opgemerkt moet worden dat de werkelijke terugverdientijd afhangt van factoren zoals de aankoopprijs van apparatuur, lokale elektriciteitstarieven, belastingsfactor en bedrijfsduur; daarom wordt tijdens het selectieproces een uitgebreide evaluatie op basis van specifieke bedrijfsomstandigheden aanbevolen.

Veelgestelde vragen (FAQ)

Vraag 1: Wat zijn de belangrijkste verschillen tussen de S13-serie en de S11-serie?

De belangrijkste verbetering van de S13-serie ten opzichte van de S11-serie ligt in de controle op verliezen. Door kernmaterialen en productieprocessen te optimaliseren, vermindert de S13-serie de nullastverliezen verder, waardoor de economische efficiëntie tijdens langdurig gebruik wordt verbeterd. De specifieke mate van verliesreductie hangt af van de capaciteit van het product, het structurele ontwerp en de technische specificaties van de fabrikant.

Vraag 2: Wat is het verschil tussen de S13-M en de S13-M.RL?

De S13-M heeft een volledig afgedichte structuur; het belangrijkste kenmerk is de eliminatie van de olieconservator, waardoor de transformatorolie wordt geïsoleerd van de buitenlucht.

Hierop voortbouwend bevat de S13-M.RL een 3D-gewikkelde kernstructuur. Dit ontwerp optimaliseert het magnetische circuit om verliezen en bedrijfsgeluiden verder te verminderen en tegelijkertijd de structurele stabiliteit te verbeteren.

Vraag 3: Aan welke energie-efficiëntienormen voldoet de S13-serie?

De S13-serie voldoet aan de eisen die zijn vastgelegd in de 'Minimaal toegestane waarden van energie-efficiëntie en energie-efficiëntieklassen voor stroomtransformatoren.' Met de implementatie van de GB 20052-2024-standaard zijn de eisen voor energie-efficiëntie voor distributietransformatoren verhoogd; daarom moeten producten met de juiste energie-efficiëntieklasse worden geselecteerd op basis van specifieke projectvereisten.

Vraag 4: In welke toepassingen wordt de S13-serie voornamelijk gebruikt?

De S13-serie wordt voornamelijk gebruikt in distributiesystemen met een vermogen van 10 kV en lager, waaronder stedelijke en landelijke elektriciteitsnetten, wooncomplexen, commerciële gebouwen, industriële ondernemingen en bepaalde ondersteunende projecten voor nieuwe energie.

Vraag 5: Is een volledig afgedichte transformator volledig onderhoudsvrij?

De volledig afgedichte structuur minimaliseert het contact tussen de transformatorolie en de lucht, waardoor de risico's van oliedegradatie en vochtabsorptie worden verminderd, wat op zijn beurt de werklast voor routineonderhoud verlaagt. De apparatuur vereist echter nog steeds regelmatige inspecties en periodieke tests in overeenstemming met de relevante normen om een ​​veilige, langdurige werking te garanderen.