Transformatorii de substație mobilă explicați: clase de putere, limite de transport și răspuns în caz de furtună

Transformatorii de substație mobilă explicați: clase de putere, limite de transport și răspuns în caz de furtună

 

O înălțare bruscă a nivelului mării într-un amplasament de 138 kV. Un transformator de transport cotat la paisprezece luni. Un oraș care funcționează pe generatoare diesel. Când aceste trei lucruri se produc în aceeași săptămână, planificatorii de rețele electrice încetează să caute un transformator mai mare și încep să pună o întrebare mai dificilă: ce putem aduce și pune sub tensiune? Această sarcină aparține transformator mobil pentru stație de transformare , iar limitele care decid dacă acesta funcționează au foarte puțin de-a face cu valoarea indicată pe plăcuța de identificare.

Majoritatea acestor limite se află într-un loc unde inginerii electricieni nu caută, de obicei, astfel de informații: pe autostradă.

 

 

 

Ce este, de fapt, un transformator de substație mobilă

 

O prezentare tehnică a Societății IEEE Power & Energy Society despre acest subiect descrie echipamentul așa cum o fac echipele de teren — o substație pe roți. Un singur remorcă conține transformatorul, împreună cu echipamentele sale de răcire, protecția circuitelor de înaltă și joasă tensiune, echipamentele de măsurare, releul, sursele auxiliare de curent alternativ și continuu, precum și protecția împotriva supratensiunilor, toate fiind deja cablate, testate și gata de conectare.

Există două configurații, iar cumpărătorii le confundă constant. Un transformator mobil pentru stație de transformare pachet complet păstrează comutarea în înaltă tensiune pe același remorcă. Un transformator mobil separat transportă doar transformatorul, iar echipamentul de înaltă tensiune este amplasat pe o a doua remorcă – varianta aleasă de majoritatea proiectelor atunci când puterea nominală în MVA trebuie să rămână ridicată, dar gabaritul rutier nu permite adăugarea echipamentului suplimentar. A doua opțiune asigură capacitate suplimentară, dar necesită o a doua remorcă și o perioadă mai lungă de montare.

Indiferent de configurație, apar aceleași cinci ansambluri: secțiunea de înaltă tensiune, transformatorul și sistemul său de răcire, secțiunea de joasă tensiune, cabinetul de comandă și protecție cu alimentare auxiliară, precum și o remorcă concepută în jurul primelor patru componente.

 

Specificația care limitează un dispozitiv mobil este greutatea, nu puterea nominală în MVA

 

Iată partea pe care o omit majoritatea cumpărătorilor. Substațiile mobile sunt, în general, clasificate la 60 MVA sau mai puțin – nu din cauza limitelor de izolare, ci din cauza limitelor impuse de drumuri. Materialul IEEE PES este clar cu privire la cauză: combinațiile de MVA și tensiune sunt limitate de greutatea și dimensiunile de transport.

În Statele Unite ale Americii, legea federală limitează la 20.000 lb greutatea pe un singur ax, la 34.000 lb pe un ax tandem și la 80.000 lb greutatea totală a vehiculului pe Sistemul Interstate, iar Formula Podurilor poate reduce ulterior aceste valori în funcție de distanța dintre axe. Regulile sunt publicate pe pagina FHWA Bridge Formula Weights . Acum imaginați-vă un transformator de putere de 138 kV montat pe un remorcă și încercați să rămâneți în limitele stabilite. Transformatorul este cel mai mare, cel mai greu și cel mai costisitor element al unității, motiv pentru care un transformator montat pe remorcă de această categorie pornește de la un buget de greutate, nu de la un desen al înfășurărilor.

Înălțimea și lățimea reprezintă, de asemenea, limitări. O unitate mobilă standard este construită cu o lățime de aproximativ 8 ft 6 in și o înălțime de 13 ft 6 in. Depășirea acestor valori plasează unitatea în categoria „dimensiuni și greutate excesive”, ceea ce implică efectuarea unor studii de traseu, escortă și ferestre restricționate de deplasare. Acestea sunt exact documentele pe care o companie de utilități încearcă să le evite în timpul restabilirea de urgență a alimentării cu energie electrică .

 

Parametru	Transformator convențional pentru stație de transformare	Transformator mobil pentru stație de transformare
Gama de puteri nominale	833 kVA monofazat și peste	În general, 60 MVA sau mai puțin, limitat de posibilitățile de transport
Constrângerea determinantă	Izolație, sarcină termică și sarcină la scurtcircuit	Încărcare pe ax, masă totală maximă autorizată, gabarit rutier
Impedanță procentuală	Valorile standard ANSI/IEEE	În mod tipic, aproximativ de două ori valorile standard
Răcire	ONAN sau ONAF, static	ODAF, pompe și ventilatoare alimentate cu unitatea
Creșterea temperaturii înfășurărilor	55 °C sau 65 °C, în mod tipic	95 °C cu izolație hibridă Nomex pentru reducerea masei
Amortizoare	Înălțime standard, aer sau ulei	Montat în partea inferioară; polimer acolo unde masa este importantă
Pierderi și zgomot	Evaluat și optimizat	Pierderi de obicei neevaluate; zgomot conform standardului NEMA
Comutare în înaltă tensiune	Structură fixă de depozitare	Aceeași remorcă sau o a doua remorcă la o putere aparentă ridicată (MVA)

 

 

Cinci alegeri tehnice care decid dacă unitatea funcționează

 

Standardul cel mai frecvent invocat de cumpărători pentru transformatoarele de putere imersate în lichid, IEEE C57.12.10, exclude în mod expres transformatoarele mobile din domeniul său de aplicare, deoarece Pagina standardelor IEEE o precizează. Prin urmare, o specificație pentru unități mobile nu poate prelua ipotezele de proiectare ale unei unități pentru o stație fixă. Cinci decizii implică cea mai mare parte a riscului.

• Impedanța. Unitățile mobile au, de obicei, o valoare aproximativ dublă a impedanței procentuale conform standardului ANSI, pentru aceeași putere nominală, ceea ce modifică reglajul tensiunii și împărțirea sarcinii în cazul conectării în paralel cu un transformator existent.
• Refrigerare. ODAF, cu pompe și ventilatoare alimentate de fiecare dată când este alimentat transformatorul. Fără funcționarea sistemelor de răcire, unitatea nu poate prelua deloc sarcina. Redundanța este proiectată în mod intenționat: cu o pompă scoasă din funcțiune, un bloc de răcire corespunzător construit poate prelua în continuare aproximativ 70 % din sarcina nominală pe termen nelimitat.
• Creșterea de temperatură. O creștere de temperatură a înfășurărilor de 95 °C, obținută cu un sistem îmbunătățit de izolație hibridă Nomex, menține greutatea și dimensiunile la un nivel scăzut, fără a compromite durata de viață așteptată.
• Nivelul de izolație. Reducerea nivelului de izolare la impuls (BIL) pentru înaltă tensiune reprezintă una dintre cele mai importante reduceri de greutate. Nivelul BIL pentru joasă tensiune este, în mod normal, menținut la valoarea maximă – până la 25 kV și 150 kV BIL.
• Reglarea tensiunii. Reglarea sub sarcină pe partea de joasă tensiune (LTC), de obicei ±10 % în 32 trepte (±16 trepte). Existenta mai multor tensiuni de joasă tensiune pare flexibilă pe hârtie, până când reglarea sub sarcină necesită un transformator în serie pentru a acoperi ambele valori – iar acest transformator în serie adaugă din nou greutate și dimensiuni semnificative remorcii.

Modelul se repetă. Fiecare alegere care adaugă flexibilitate electrică costă kilograme, iar kilogramele reprezintă singurul buget cu un plafon legal. Proiectele care ignoră acest aspect se transformă în proiecte cu două remorci, indiferent dacă cumpărătorul și-a planificat sau nu acest lucru. Aceeași fizică este documentată în prezentarea IEEE PES substație mobilă , care analizează unități reale de 40 MVA și 45 MVA, precum și compromisurile legate de greutate din spatele lor.

 

Unde își justifică o unitate mobilă existența

 

Răspunsul la furtuni și inundații – restabilirea de urgență a alimentării cu energie electrică în limbajul cel mai frecvent utilizat în documentele de achiziții ale operatorilor de rețea – este cazul de utilizare care vinde intern conceptul. Lucrările planificate reprezintă un beneficiu mai discret: o unitate care ocolește un transformator în timpul unui program de întreținere menține clienții racordați la rețea în timpul efectuării lucrărilor, eliminând astfel costul politic al unei întreruperi programate.

• Ocolirea transformatorului în timpul întreținerii planificate, a inspecțiilor sau a programelor de testare
• Înlocuire de urgență după o defecțiune a transformatorului sau a echipamentului de comutație
• Capacitate temporară în timp ce o substație permanentă este proiectată și construită
• Serviciu cu capacitate suplimentară în perioadele sezoniere de vârf sau la punerea în funcțiune a unei uzine
• Alimentare principală pentru zone izolate și site-uri de construcții îndepărtate
• Alimentare de rezervă în zonele cu risc ridicat de cutremur, inundații sau conflicte, care amenință infrastructura fixă
• Degivrarea liniilor de înaltă tensiune în regiunile foarte reci

Logica comercială nu este complicată. Un transformator mobil pentru stație de transformare care stă parcăt timp de unsprezece luni și restabilește serviciul într-o singură zi și-a recuperat deja costul, deoarece alternativa ar fi reconstruirea unei stații de transformare, un proces care durează ani întregi.

 

Detaliul de teren pe care majoritatea cumpărătorilor îl află prea târziu

 

O companie de distribuție din regiunea Coastei Golfului ne-a cerut să oferim o ofertă pentru o unitate de 138 kV montată pe un singur remorcă. Specificația avea treizeci de pagini și menționa autostrada doar o singură dată. Primul lucru pe care echipa noastră de proiectare l-a făcut nu a fost alegerea miezului, ci calcularea sarcinii de transport. Distribuția greutății determină poziția transformatorului pe platformă, iar această decizie limitează fiecare desen ulterior.

Conversația a reordonat proiectul. Numărul de axe și distanța dintre axe au fost incluse în desen înainte de înfășurare. Proiectul remorcii s-a finalizat cu axe directoare, suspensie cu aer și nivelare hidraulică, plus blocuri de blocare pentru a menține unitatea imobilă după decuplarea tractorului. Tractorul clientului a intrat, de asemenea, în domeniul nostru de responsabilitate, deoarece remorca și tractorul de tractare împreună trebuie să respecte reglementările auto ale statelor și județelor în care va opera unitatea.

Trei întrebări deschid acum fiecare ofertă mobilă pe care o elaborăm: Ce tensiune primară și ce putere nominală în MVA trebuie să suporte unitatea? În ce state și pe ce trasee va circula și cine este proprietarul tractorului? Câte tensiuni secundare joase are de fapt nevoie amplasamentul – având în vedere că fiecare tensiune suplimentară poate implica adăugarea unui transformator în serie pe platformă?

 

 

 

Cum abordează Ryan Electric proiectele mobile

 

Ryan Electric produce transformatori începând cu anul 2007 și colaborează ca partener oficial în cadrul unei întreprinderi comune cu Eaton începând cu anul 2023. Fabrica are o suprafață de 120.000 de metri pătrați, este dotată cu peste 180 de seturi de echipamente pentru producție și testare și deține 37 de brevete; producem atât unități cu răcire în ulei, cât și unități uscate. Aceeași logică a masei apare și în linia noastră nord-americană transformator montat pe bază unde câteva sute de kilograme decid dacă un design se livrează standard sau necesită o macara la locul de instalare. Certificările acoperă standardele UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS și CE, iar fiecare unitate este livrată cu datele testelor de rutină – raportul de transformare, rezistența înfășurărilor, impedanța, pierderile la mersul în gol, pierderile la sarcină și testele dielectrice.

În cazul aplicațiilor mobile, inginerii noștri pornesc de la dimensiunile maxime admise pentru transport și lucrează către interior: masa vehiculului, distanța dintre axe, restricțiile drumurilor, apoi parametrii electrici. Dacă traseul dumneavoastră nu permite utilizarea unui singur remorcă, preferăm să vă informăm înainte de a vă oferi un rating pe care nu îl puteți transporta legal. A transformator montat pe remorcă nu este o unitate standard plasată pe un platformă plană; remorca și transformatorul sunt proiectate împreună, încă de la prima schiță. Aceeași disciplină o aplicăm și unui transformator montat pe bază construit conform unei anumite învelitori, a unor distanțe minime stabilite și a unor standarde pentru camerele subterane.

 

Planificarea înainte de următorul sezon de furtuni

 

Unitățile mobile sunt comandate de companiile de distribuție care au trăit deja săptămâna dificilă, iar termenul de livrare este un dezavantaj pentru oricine așteaptă sosirea furtunii. Dacă evaluați o astfel de unitate, trimiteți-ne tensiunile primare și secundare, puterea aparentă (MVA) pe care trebuie să o suporte, configurația laturii cu tensiune joasă și statele în care va circula unitatea. Vom reveni cu un buget de greutate, o configurație a remorcii și documentația privind testele, pe care o puteți transmite propriilor planificatori de rețele de transport. Echipa noastră de transformatori de putere poate fi contactată prin pagina noastră de contact .

Despre autor: Acest articol a fost scris de echipa de inginerie a Ryan Electric, un partener în cadrul unei întreprinderi comune cu Eaton și un producător de transformatoare certificat UL/CSA din Jiangsu, China, care deserveste clienți din domeniul utilităților, al centrelor de date și al industriei din America de Nord, Orientul Mijlociu, Asia de Sud-Est și Africa.