คำตอบก่อน: พอตไลน์ 420 kA คือโหลด DC 514 MW ที่ 1,224 V ดังนั้นเรกติฟอร์มเมอร์และบัส DC — ไม่ใช่ความต้องการ AC — เป็นตัวกำหนดสถานีไฟฟ้าย่อย
พอตไลน์อะลูมิเนียม 288 หม้อที่เดินที่ 420 kA และ 4.25 V ต่อเซลล์ คือโหลด DC 514 MW ที่ 1,224 V เมื่อเพิ่มระบบเสริม 45 MW โรงงานจะดึง 567 MW หรือ 590 MVA ที่เพาเวอร์แฟกเตอร์ 0.96 — ซึ่งเท่ากับเมน 220/33 kV ขนาด 400 MVA สองชุดที่โหลด 74% ต่อชุด แต่ไม่มีอะไรในการคำนวณ AC นั้นที่บอกคุณว่าต้องซื้อหม้อแปลงที่สำคัญจริงอย่างไร หกเรกติฟอร์มเมอร์ขนาด 87 MVA แต่ละชุดจ่าย 70 kA ที่ 1,224 V เป็นตัวกำหนดการออกแบบ และตัวเลขสามค่าบนเนมเพลตเป็นตัวกำหนดว่าพอตไลน์จะเดินได้หรือไม่: อิมพีแดนซ์ 8.5% (ซึ่งกำหนดการแบ่งกระแสที่ ±2% และกระแสฟอลต์บนบัส DC ที่ประมาณ 500 kA ต่อกลุ่ม) อุปกรณ์เปลี่ยนแทปขณะมีโหลดแบบสุญญากาศที่มีอย่างน้อย 16 ขั้น (ซึ่งกำหนดเพาเวอร์แฟกเตอร์และการฉีดฮาร์มอนิก) และขดลวดที่ผ่านการทดสอบ Eddy loss ตาม IEC 61378-1 ไม่ใช่แค่ IEC 60076 อย่างเดียว หากทำถูก ชุดหม้อแปลงจะมีราคา USD 30–40 ล้าน หรือประมาณ 4–5% ของโรงถลุงมูลค่า 840 ล้านดอลลาร์ คุณสามารถคำนวณขั้นตอน DC และ MVA ซ้ำได้ด้วยเครื่องคำนวณระบบไฟฟ้า หากทำผิด รูปแบบความล้มเหลวไม่ใช่หม้อแปลงเสีย — แต่คือพอตไลน์หยุดแข็ง การสูญเสียการผลิตสี่ถึงหกสัปดาห์ และเศษอ่างอิเล็กโทรไลต์และการก่ออิฐเซลล์ใหม่มูลค่า USD 20–40 ล้าน
ประเด็นสำคัญ
- กำหนดขนาดชุดเรกติฟายเออร์บน DC ไม่ใช่ AC: 288 หม้อ × 4.25 V = 1,224 V; 420 kA = 514 MW DC; ระบบเสริม 45 MW ทำให้โรงงานเป็น 567 MW / 590 MVA
- หกเรกติฟอร์มเมอร์ขนาด 87 MVA ไม่ใช่หน่วยใหญ่หน่วยเดียว: 70 kA ต่อชุด, 12 พัลส์ต่อกลุ่มเหลื่อมกันเป็น 72 พัลส์โดยรวม และการเดินแบบ N-1 ที่กระแส 5/6 แทนที่จะเป็นพอตไลน์ทริป
- อิมพีแดนซ์ 8.5% เป็นการประนีประนอมสามทาง: การแบ่งกระแสระหว่างกลุ่มที่ขนานกัน กระแสฟอลต์บนบัส DC และการใช้กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนอิมพีแดนซ์ที่ ±2.5% ไม่ใช่ ±7.5%
- ควบคุมแรงดันด้วยอุปกรณ์เปลี่ยนแทปขณะมีโหลดก่อน และไทริสเตอร์เป็นลำดับที่สอง — ทุก 1% ของการควบคุมมุมเฟสที่ต่ำกว่าแรงดันพิกัดมีต้นทุนเพาเวอร์แฟกเตอร์ประมาณ 0.6% และเพิ่มฮาร์มอนิก
- โรงถลุงคือโหลด 590 MVA ที่ต้องอยู่รอดเมื่อสูญเสียเมน 400 MVA หนึ่งชุด ดังนั้นการปฏิบัติตาม N-1 มาจากโปรโตคอลลดกระแสตามสัญญา (เหลือ 285 kA ภายใน 15 นาที) ไม่ใช่จากการออกแบบเมนให้ใหญ่เกิน
พอตไลน์ 420 kA มีโหลดไฟฟ้าจริงเท่าใด?
พอตไลน์เป็นวงจรอนุกรมเดียว ทุกหม้อรับกระแส 420 kA เท่ากัน และแรงดันรวมกัน: 288 เซลล์ที่เฉลี่ย 4.25 V ให้ 1,224 V DC จากปลายถึงปลาย นั่นคือค่าที่เรกติฟายเออร์ต้องผลิต และในแง่ฉนวนถือเป็นแรงดันต่ำ — 1.2 kV DC — แต่เป็นกระแสมหาศาลในแง่บัสบาร์ เรกติฟายเออร์ และการแบ่งกระแส
| พารามิเตอร์ | ค่า | วิธีการคำนวณ |
|---|---|---|
| จำนวนหม้อต่ออนุกรม | 288 | ผังพอตไลน์และความยาวอาคาร |
| แรงดันเซลล์เฉลี่ย | 4.25 V | อ่าง + ACD + แอโนด + แคโทด + แรงดันตกบนบัสบาร์ |
| แรงดัน DC ของพอตไลน์ | 1,224 V | 288 × 4.25 V |
| กระแสไลน์ | 420 kA | ขนาดหม้อและพิกัดบัสบาร์ |
| กำลังไฟฟ้า DC ที่พอตไลน์ | 514 MW | 1,224 V × 420 kA |
| ประสิทธิภาพกระแส | 94.5% | เซลล์พรีเบกแบบป้อนจุดสมัยใหม่ |
| กำลังการผลิต | 336,000 ตัน/ปี | 0.3356 g/Ah × 0.945 × 420 kA × 8,760 ชม. |
| พลังงานจำเพาะ DC | 13,400 kWh/t | 514 MW ÷ 336,000 ตัน/ปี |
| การสูญเสียในเรกติฟายเออร์และหม้อแปลง | 8 MW | เรกติฟายเออร์ 98.5%, หม้อแปลง 99.6% |
| ระบบเสริม (บำบัดควัน, เตาเบก, โรงหล่อ, อากาศ, น้ำ) | 45 MW | ดูตารางระบบเสริมด้านล่าง |
| ความต้องการ AC รวม | 567 MW / 590 MVA | ที่เพาเวอร์แฟกเตอร์โรงงาน 0.96 |
| พลังงานจำเพาะ AC | 14.8 kWh/kg | ทั้งโรงงาน, 8,760 ชม. |
มีสองสิ่งตามมาทันที หนึ่ง 590 MVA คือโหลดเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดที่โครงข่ายส่วนใหญ่จะเชื่อมต่อที่ 220 kV และมีความเสถียรอย่างน่าทึ่ง — พอตไลน์เป็นโหลดกระแสคงที่ ไม่ใช่โหลดมอเตอร์ สอง 14.8 kWh/kg หมายความว่าไฟฟ้าคิดเป็นประมาณ 40% ของต้นทุนโลหะ ดังนั้นทุกกิโลวัตต์ของการสูญเสียในหม้อแปลงคือรายการในต้นทุนเงินสดของโรงถลุง ซึ่งเป็นเหตุผลที่ต้นทุนรวมความเป็นเจ้าของแทนที่จะเป็นราคาซื้อเป็นตัวกำหนดการประมูลเหล่านี้ นั่นคือเหตุผลที่การประเมินการสูญเสียในงานนี้ทำที่ USD 0.05–0.07 ต่อ kWh และ 8,000–8,500 ชั่วโมง — การคำนวณเดียวกับสูตรการกำหนดขนาดและงบประมาณหม้อแปลง และเป็นเหตุผลที่หม้อแปลงที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า 0.1% อาจแพ้การประมูลมูลค่า USD 1.2 ล้านต่อหน่วย
ทำไมต้อง 4.25 V ต่อเซลล์ ไม่ใช่ 4.0 V? การแลกเปลี่ยนพลังงานเบื้องหลังแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง
แรงดันไฟฟ้าต่อเซลล์คือสมดุลระหว่างพลังงานและประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้า โดยประมาณ 1.2 V คือศักย์การสลายตัวแบบผันกลับได้ซึ่งไม่สามารถกำจัดออกได้ ส่วนที่เหลือคือแรงดันตกเชิงโอห์มในอ่างหลอม ขั้วแอโนด ขั้วแคโทด และบัสบาร์ การลดระยะห่างระหว่างแอโนดและแคโทดจะลดแรงดันตกในอ่างหลอมและประหยัดพลังงาน แต่ก็เพิ่มโอกาสเกิดปรากฏการณ์แอโนดและลดประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าด้วย ในทางปฏิบัติ โรงถลุงจะกำหนดค่าที่ 4.15–4.35 V และทุก 100 mV มีมูลค่าประมาณ 2.4% ของพลังงานกระแสตรง สำหรับสายการผลิตหม้อนี้ การเปลี่ยนจาก 4.25 V เป็น 4.15 V ประหยัดได้ 4.5 MW — ประมาณ 39 GWh ต่อปี หรือ 2.3 ล้านดอลลาร์สหรัฐที่ราคา 0.06 ดอลลาร์สหรัฐ/kWh — โดยไม่ต้องเปลี่ยนหม้อแปลงแม้แต่ตัวเดียว นั่นคือเหตุผลที่การหารือด้านการออกแบบระบบไฟฟ้ากับโรงถลุงมักเริ่มต้นที่แรงดันไฟฟ้าต่อเซลล์และประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้า ไม่ใช่ที่ kVA
ทำไมสายการผลิตหม้อ 420 kA จึงใช้กลุ่มเรกติไฟเออร์หกกลุ่มแทนเรกติไฟเออร์ขนาดใหญ่ตัวเดียว?
มีสี่เหตุผล และมีเพียงเหตุผลแรกเท่านั้นที่เกี่ยวกับการผลิต เรกติไฟเออร์ 514 MW ตัวเดียวไม่มีอยู่จริง แม้จะมีอยู่จริง กระแสฟอลต์บนบัสบาร์กระแสตรงและจุดล้มเหลวจุดเดียวก็เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้
การผลิตและการขนส่ง หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ 90 MVA, 33 kV มีน้ำหนัก 110–130 t เมื่อรวมน้ำมัน หกตัวสามารถบรรจุในกรอบการขนส่งเดียวกับหน่วย 540 MVA ที่ไม่สามารถสร้าง จัดส่ง หรือเปลี่ยนทดแทนได้ กลยุทธ์หน่วยสำรองก็เป็นไปได้จริงเช่นกัน โรงถลุงเก็บสำรอง 90 MVA หนึ่งตัวแทนที่จะเป็น 540 MVA
ฮาร์มอนิก แต่ละกลุ่มเป็นเรกติไฟเออร์ 12 พัลส์ (ขดลวดทุติยภูมิสองชุด หนึ่งเดลตาและหนึ่งสตาร์) หกกลุ่มเหลื่อมเฟสกัน 5° ให้ลักษณะเฉพาะ 72 พัลส์อย่างมีประสิทธิผล ดันฮาร์มอนิกคุณลักษณะแรกจากลำดับที่ 11 ไปเป็นลำดับที่ 71 — กลไกเบื้องหลังเหตุใดกระแสฮาร์มอนิกจึงทำให้หม้อแปลงร้อนเกิน — และลดชุดตัวกรองจาก 200 MVAr เหลือ 120 MVAr การเหลื่อมเฟสทำได้ในขดลวดหม้อแปลง — ขดลวดทุติยภูมิแบบ extended-delta หรือ zig-zag — ดังนั้นจึงเป็นรายการข้อกำหนด ไม่ใช่การตั้งค่าเรกติไฟเออร์
กระแสฟอลต์บนบัสบาร์กระแสตรง บัสบาร์ของสายการผลิตหม้อเป็นตัวนำอะลูมิเนียม 420 kA ที่ทอดยาวตลอดห้องหม้อความยาว 1 km การลัดวงจรที่จุดใดก็ตามบนบัสบาร์จะได้รับกระแสป้อนจากทุกกลุ่มเรกติไฟเออร์พร้อมกัน กระแสคาดการณ์จากกลุ่ม 90 MVA หนึ่งกลุ่มที่อิมพีแดนซ์ 8.5% อยู่ที่ประมาณ 500 kA หกกลุ่มให้ฟอลต์บนบัสบาร์ในระดับ 2–3 MA ซึ่งจำกัดด้วยอิมพีแดนซ์บัสบาร์และตัดวงจรด้วยการทริปเบรกเกอร์กระแสสลับทั้งหกตัว การมีสวิตช์ตัดตอนกระแสตรงแยกหกตัวและเบรกเกอร์กระแสสลับหกตัวเป็นการจัดวางเดียวที่ช่วยให้แยกกลุ่มหนึ่งออกเพื่อบำรุงรักษาได้ในขณะที่สายการผลิตหม้อยังเดินเครื่องอยู่
N-1 ที่กระแสลดลง หากสูญเสียหนึ่งกลุ่ม สายการผลิตหม้อจะลดจาก 420 kA เหลือ 350 kA แทนที่จะเป็นศูนย์ เซลล์อะลูมิเนียมทนต่อกระแสที่ลดลงได้หลายวัน แต่ไม่ทนต่อวงจรเปิด คุณสมบัติข้อเดียวนี้ — การเดินเครื่อง 5/6 — มีค่ามากกว่าต้นทุนสวิตช์เกียร์ที่เพิ่มขึ้น เพราะการทริปของสายการผลิตหม้อวัดกันเป็นสัปดาห์
กลุ่มเรกติไฟเออร์ที่ต่อขนานกันทนความไม่สมดุลของกระแสได้มากน้อยเพียงใด?
การแบ่งกระแสระหว่างกลุ่มถูกกำหนดเกือบทั้งหมดโดยความคลาดเคลื่อนของอิมพีแดนซ์ และเป็นฟิสิกส์เดียวกับที่ควบคุมการทำงานขนานของหม้อแปลงใดๆ ที่กระแสรวม 420 kA กลุ่มที่รับกระแสเกินส่วนแบ่ง 5% จะร้อนกว่าปกติ 5% ในขดลวดและร้อนกว่า 10% ในความสูญเสียจากกระแสไหลวน และฉนวนมีอายุการใช้งานในอัตราประมาณสองเท่า ความสัมพันธ์นี้เกือบเป็นเส้นตรงและโหดร้าย:
| ความเบี่ยงเบนอิมพีแดนซ์จากค่าเฉลี่ยของกลุ่ม | ความเบี่ยงเบนกระแสบนกลุ่มที่แย่ที่สุด | ผลต่อจุดร้อนของขดลวดที่ 90 MVA |
|---|---|---|
| ±1.0% | ±2.2% | +4 K ยอมรับได้ |
| ±2.5% (ข้อกำหนดที่แนะนำ) | ±5.4% | +10 K อยู่ในขีดจำกัด IEC 60076-7 |
| ±5.0% | ±10.5% | +20 K อายุการใช้งานลดลงครึ่งหนึ่ง |
| ±7.5% (ค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน IEC) | ±15.5% | +30 K สัญญาณเตือนความร้อนภายในหนึ่งปี |
นี่คือประโยคที่สำคัญที่สุดประโยคเดียวในใบสั่งซื้อ rectiformer: ความคลาดเคลื่อนอิมพีแดนซ์ ±2.5% ของค่าเฉลี่ยของกลุ่ม วัดที่แทปที่จะใช้สำหรับโหลดฐาน IEC 60076-1 อนุญาต ±7.5% ของค่าที่ประกาศสำหรับหน่วยเดียว และผู้จัดจำหน่ายที่เสนอตามความคลาดเคลื่อนนั้นเป็นไปตามมาตรฐานแต่ไร้ประโยชน์สำหรับกลุ่มหกหน่วย ตรรกะเดียวกันใช้กับความคลาดเคลื่อนของอัตราส่วน (±0.25%) และกับขดลวดทุติยภูมิภายในหน่วยเดียว ซึ่งความคลาดเคลื่อน 1% ระหว่างขดลวดเดลตาและสตาร์จะกลายเป็นความไม่สมดุลของบริดจ์ 12 พัลส์และองค์ประกอบฮาร์มอนิกที่ 6 ที่ไม่มีตัวกรองใดออกแบบมารองรับ
เกิดอะไรขึ้นเมื่อกลุ่มหนึ่งทริป — และทำไมจึงไม่ทำให้สายการผลิตหม้อหยุดเดิน?
ที่ 420 kA แรงดันไฟฟ้าของโพแทลน์คือ 1,224 V หากสูญเสียหนึ่งในหกกลุ่ม แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะลดลงเหลือประมาณ 1,020 V ในขณะที่เซลล์ยังคงเต็มไปด้วยน้ำหลอมเหลวที่ 960 °C และยังคงนำกระแสไฟฟ้าต่อไป ห้ากลุ่มที่เหลือจะรับกระแสไฟฟ้าภายใน 20–50 ms จากนั้นระบบควบคุมกระแสไฟฟ้าจะรักษาระดับไว้ที่ 350 kA และโพแทลน์ยังคงเดินเครื่องต่อ โดยมีอุณหภูมิที่แคโทดสูงขึ้นและประสิทธิภาพลดลง จนกว่ากลุ่มที่เสียจะถูกกู้คืน อายุการใช้งานของบุแคโทดจะถูกใช้หมดเร็วขึ้นที่กระแสไฟฟ้าต่ำลง เนื่องจากรูปแบบการแข็งตัวของผนังด้านข้างเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นเหตุผลที่โรงถลุงจะกู้คืนกลุ่มภายในไม่กี่ชั่วโมง และเป็นเหตุผลที่เรกติฟอร์มเมอร์สำรองในพื้นที่สำคัญกว่าหม้อแปลงหลักสำรอง
สถานการณ์ที่ต้องไม่เกิดขึ้นเด็ดขาดคือการสูญเสียทั้งหมดของทุกกลุ่ม หรือวงจรเปิดของกระแสตรง ที่กระแสไฟฟ้าต่ำกว่าประมาณ 200 kA น้ำหลอมจะเริ่มแข็งตัวติดกับผนังด้านข้าง หลังจาก 4–6 ชั่วโมง เซลล์จะแข็งตัวและกระบวนการรีสตาร์ทกลายเป็นงานเชิงกล ได้แก่ การขุดน้ำหลอมที่แข็งตัวออก การก่ออิฐใหม่ และการรีสตาร์ททีละหม้อตลอด 30–45 วัน ความไม่สมดุลนี้ — 5/6 อยู่รอดได้ แต่ 0/6 ไม่ได้ — คือเหตุผลที่การจัดวางเรกติฟายเออร์ การเชื่อมต่อ 220 kV และรูปแบบการป้องกันถูกออกแบบร่วมกันแทนที่จะแยกจากกัน
คุณจะกำหนดสเปกหม้อแปลงเรกติฟายเออร์สำหรับโพแทลน์ 420 kA ได้อย่างไร?
เรกติฟอร์มเมอร์ไม่ใช่หม้อแปลงจำหน่ายที่มีถังขนาดใหญ่กว่า มันถูกกำหนดโดย IEC 61378-1 มีหน้าที่ใช้งานสำหรับคอนเวอร์เตอร์ที่ IEC 60076-1 ไม่ได้อธิบายไว้ และค่าความสูญเสียโหลดต้องถูกวัดและรับประกันสำหรับกระแสไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไซน์ เอกสารข้อกำหนดด้านล่างนี้คือเอกสารที่ทำให้ได้ข้อเสนอที่เปรียบเทียบกันได้
| รายการ | ข้อกำหนด | เหตุผล |
|---|---|---|
| กำลังไฟฟ้าพิกัด | 90 MVA (หกหน่วย ติดตั้งรวม 540 MVA) | 70 kA ที่ 1,224 V บวกความสูญเสียและระยะเผื่อ |
| ด้านปฐมภูมิ | 33 kV, 3 เฟส, 50 หรือ 60 Hz | จ่ายจากเมน 220/33 kV |
| ช่วงแทป | +2 × 1.25% / −14 × 1.25% (16 ขั้น), OLTC แบบสุญญากาศ | แรงดันไฟฟ้าโพแทลน์ลดลงเมื่อหม้อมีอายุมากขึ้น; การเปลี่ยนแทป 30–60 ครั้งต่อวัน |
| ด้านทุติยภูมิ | สองชุด หนึ่งเดลต้าหนึ่งสตาร์ เลื่อนเฟส 30° | 12 พัลส์ต่อกลุ่ม; แต่ละกลุ่มเหลื่อมกัน 5° |
| อิมพีแดนซ์ | 8.5% ±2.5% ของค่าเฉลี่ยแบงก์ ที่แทปโหลดฐาน | การแบ่งกระแสไฟฟ้าและการจำกัดความผิดพลาดกระแสตรง |
| การระบายความร้อน | OFWF, ระบายความร้อนด้วยน้ำ, 1.5 × พิกัดเป็นเวลา 30 นาที — ดูวิธีการระบายความร้อนและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ | ความหนาแน่นของความสูญเสียสูงเกินไปสำหรับ ONAN; ภายในห้องโพทรูม |
| ขดลวด | ทองแดง, ตัวนำแบบทรานสโพสต่อเนื่อง | ความสูญเสียจากกระแสไหลวนและความแข็งแรงต่อการลัดวงจร |
| ความสูญเสีย | ≤40 kW ขณะไม่มีโหลด, ≤320 kW ขณะโหลดที่ 90 MVA, หน้าที่คอนเวอร์เตอร์ | คิดเป็นทุนที่ 8,000 ชั่วโมง และ USD 0.06/kWh |
| ฉนวน | Um 36 kV, LI 170 kV, chopped wave, PD <100 pC | dv/dt ของการคอมมิวเทชันและพัลส์ที่เกิดซ้ำ |
| การป้องกันสัญญาณรบกวน | ฉนวนป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่าง HV และ LV | รอยบากและสัญญาณรบกวนโหมดร่วมที่เข้าสู่การควบคุมเรกติฟายเออร์ |
| กลุ่มเวกเตอร์ | YNd11 + YNy0 (หรือคู่ 12 พัลส์ที่เทียบเท่า) | กำหนดโดยการจัดวางบริดจ์เรกติฟายเออร์ |
| การตรวจสอบ | อุณหภูมิขดลวดด้วยไฟเบอร์ออปติก, DGA ออนไลน์, ตัวนับ OLTC | หน้าที่ในโรงถลุงคือ 8,500 ชั่วโมง/ปี; การตรวจสอบสภาพคุ้มทุนภายในไม่กี่เดือน |
ทำไมออนโหลดแทปเชนเจอร์จึงควรควบคุมแรงดันไฟฟ้า และไทริสเตอร์เพียงปรับแต่งเท่านั้น?
เรกติฟายเออร์แบบคอมมิวเทตด้วยสายมีสองวิธีในการลดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง คือ ลดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยแทปเชนเจอร์ หรือหน่วงมุมการจุดชนวน วิธีแรกแทบไม่มีความสูญเสียและรักษากระแสไฟฟ้าให้อยู่ในเฟสกับแรงดันไฟฟ้า วิธีที่สองไม่เป็นเช่นนั้น การจุดชนวนที่มุม α ดึงกระแสไฟฟ้าที่มีมุมการเลื่อนเฟสประมาณ α/2 บวกกับการทับซ้อนของการคอมมิวเทชัน และทุก 1% ของการควบคุมมุมเฟสที่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าพิกัดมีต้นทุนเพาเวอร์แฟกเตอร์ประมาณ 0.6% และเพิ่มฮาร์มอนิกอันดับต่ำที่แบงก์ตัวกรองไม่ได้ออกแบบรองรับ
ดังนั้นข้อกำหนดควรระบุว่า: การควบคุมหยาบในขั้นแทป ±1.25%, การควบคุมละเอียดในไทริสเตอร์เพียง ±2% เท่านั้น และแทปเชนเจอร์ที่ออกแบบสำหรับการใช้งาน 300,000 ครั้งพร้อมอินเตอร์รัปเตอร์สุญญากาศในน้ำมัน โรงถลุงเปลี่ยนแทปตลอดเวลา — การเปลี่ยนแอโนดเลื่อนแรงดันไฟฟ้าเซลล์ 20–40 mV, หม้อถูกตัดออกและบุใหม่, กระแสไฟฟ้าสายถูกลดหลั่นที่ 5 kA/h ระหว่างการสตาร์ท — และแทปเชนเจอร์แบบออฟเซอร์กิตไม่สามารถใช้งานกับโหลดนี้ได้เลย — การแลกเปลี่ยนโดยทั่วไปอธิบายไว้ในออนโหลดเทียบกับออฟโหลดแทปเชนเจอร์
ทำไมอิมพีแดนซ์ 8.5% จึงเป็นตัวเลขที่เหมาะสม?
อิมพีแดนซ์ในหม้อแปลงเรกติไฟเออร์ทำหน้าที่สามอย่างพร้อมกัน และแต่ละอย่างดึงไปคนละทิศทางกัน มันจำกัดการป้อนกระแสฟอลต์ของบัส DC กำหนดรีแอกแตนซ์คอมมิวเทชันซึ่งเป็นตัวกำหนดมุมโอเวอร์แลปและการใช้กำลังรีแอกทีฟ และกำหนดว่าคุณสามารถซื้อความสามารถในการควบคุมแรงดันได้มากน้อยเพียงใดด้วยแทป ตารางแสดงการแลกเปลี่ยนที่ 90 MVA:
| อิมพีแดนซ์ | กระแสฟอลต์ DC ที่คาดการณ์ต่อกลุ่ม | การใช้กำลังรีแอกทีฟที่โหลดเต็ม | ความลึกของคอมมิวเทชันนอตช์ที่ 33 kV | ข้อสรุป |
|---|---|---|---|---|
| 6.0% | ~710 kA | ~52 MVAr | ลึก กว้าง | ไม่สามารถป้องกันบัส DC และฟิวส์เรกติไฟเออร์ได้ |
| 8.5% | ~500 kA | ~62 MVAr | ปานกลาง | ตัวเลือกมาตรฐานสำหรับภารกิจพ็อตไลน์แบบ 12 พัลส์ |
| 11.0% | ~390 kA | ~74 MVAr | กว้าง ต้นทุนฟิลเตอร์เพิ่มขึ้น | ใช้เมื่อระดับฟอลต์ที่ 33 kV สูงมาก |
| 14.0% | ~305 kA | ~88 MVAr | กว้างมาก | ช่วงแทปไม่ครอบคลุมแรงดันตกอีกต่อไป |
ที่ 8.5% หนึ่งกลุ่มป้อนกระแสประมาณ 500 kA ให้กับฟอลต์ของบัส DC — ตัวเลขนี้ต้องถูกระบุไว้ในข้อกำหนดของฟิวส์และเบรกเกอร์เรกติไฟเออร์ การยึดบัสบาร์ และการศึกษาอาร์กแฟลช; วิธีการเป็นวิธีเดียวกับที่ใช้ในการคำนวณกระแสลัดวงจรของหม้อแปลง นอกจากนี้ยังหมายความว่าชุดหม้อแปลงใช้กำลังรีแอกทีฟประมาณ 62 MVAr ต่อกลุ่ม รวม 165 MVAr สำหรับ 567 MW ซึ่งเป็นค่าที่ใช้กำหนดขนาดของชุดฟิลเตอร์ หากลดอิมพีแดนซ์เพื่อซื้อประสิทธิภาพ คุณจะจ่ายผลตอบแทนที่ได้นั้นคืนไปสามเท่าผ่านสวิตช์เกียร์ ฟิวส์ และฟิลเตอร์
มีอะไรอีกที่แตกต่างจากหม้อแปลงจำหน่าย? รายการสำหรับภารกิจคอนเวอร์เตอร์
มีสามรายการที่ผู้จัดจำหน่ายซึ่งมีประสบการณ์เฉพาะในหม้อแปลงจำหน่ายมักมองข้ามเป็นประจำ ประการแรก การวัดค่าความสูญเสีย: IEC 61378-1 กำหนดให้รับประกันและวัดค่าความสูญเสียโหลดด้วยรูปคลื่นกระแสที่เป็นตัวแทนของภารกิจคอนเวอร์เตอร์ รวมถึงตัวคูณความสูญเสียฮาร์มอนิก — หม้อแปลงที่ผ่าน 320 kW ในการทดสอบด้วยรูปคลื่นไซน์อาจสูญเสียพลังงาน 380 kW เมื่อใช้งานจริง ประการที่สอง ฉนวนภายใต้พัลส์ซ้ำ: ขดลวดแรงดันต่ำได้รับคอมมิวเทชันนอตช์หลายร้อยครั้งต่อรอบ และฉนวนระหว่างรอบที่ผ่านการทดสอบอิมพัลส์ 1.2/50 µs ก็ยังอาจเสื่อมสภาพภายในห้าปีได้ หากไม่ได้ระบุข้อกำหนดเรื่องคลื่นตัดและพัลส์ซ้ำ ประการที่สาม การเกิดไฟฟ้าจากการไหลของน้ำมันและการสะสมประจุไฟฟ้าสถิต: การระบายความร้อนด้วยน้ำมันแบบบังคับที่ความเร็วการไหลสูงในเครื่องขนาดใหญ่ทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิต; ข้อกำหนดต้องเรียกร้องให้ถังและท่อเชื่อมต่อถึงกันทางไฟฟ้าและจำกัดความเร็วการไหลของน้ำมัน ซึ่งเป็นข้อกำหนดเดียวที่แยกหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ออกจากหม้อแปลงกำลังที่มีพิกัดเดียวกัน
พ็อตไลน์ 420 kA ฉีดความผิดเพี้ยนฮาร์มอนิกมากเพียงใด?
กลุ่ม 12 พัลส์สร้างฮาร์มอนิกลักษณะเฉพาะอันดับ 12k ± 1: อันดับที่ 11, 13, 23, 25 และอื่นๆ ที่แอมพลิจูดประมาณ 1/h ของมูลฐาน หกกลุ่มที่เหลื่อมกัน 5° จะหักล้างฮาร์มอนิกเหล่านั้นส่วนใหญ่ เหลือเพียงส่วนตกค้างที่ถูกครอบงำโดยอันดับที่ 5 และ 7 จากความอิ่มตัวของหม้อแปลง และอันดับที่ 11/13 จากการเหลื่อมที่ไม่สมบูรณ์ ที่จุดเชื่อมต่อร่วม 220 kV IEEE 519 อนุญาตให้มีความผิดเพี้ยนของอุปสงค์รวม 1.5% สำหรับโรงงานขนาดนี้; พ็อตไลน์ที่ไม่มีฟิลเตอร์จะอยู่ที่ 8–14%
| อันดับฮาร์มอนิก | หนึ่งกลุ่ม 12 พัลส์ (A) | หกกลุ่มเหลื่อมกัน ไม่มีฟิลเตอร์ (A) | ด้วยชุดฟิลเตอร์ 60 MVAr สองชุด (A) | ขีดจำกัด IEEE 519 ที่ 220 kV |
|---|---|---|---|---|
| อันดับที่ 5 | ~120 | ~95 | ~22 | — |
| อันดับที่ 7 | ~85 | ~70 | ~16 | — |
| อันดับที่ 11 | ~390 | ~55 | ~14 | — |
| อันดับที่ 13 | ~330 | ~48 | ~12 | — |
| อันดับที่ 23 / 25 | ~190 / ~175 | ~28 / ~26 | ~8 / ~7 | — |
| TDD ที่ 220 kV | 11–14% | 4–6% | 1.0–1.3% | 1.5% |
สังเกตลักษณะของปัญหา: การเหลื่อมกันทำหน้าที่ส่วนใหญ่ และฟิลเตอร์ทำความสะอาดส่วนตกค้างพร้อมทั้งจ่ายกำลังรีแอกทีฟ นั่นคือเหตุผลที่ชุดฟิลเตอร์ถูกกำหนดเป็น MVAr ไม่ใช่แอมแปร์ — หน้าที่หลักของมันที่โรงถลุงคือตัวประกอบกำลัง และการลดทอนฮาร์มอนิกเป็นผลประโยชน์รอง ชุดฟิลเตอร์ชนิด C ขนาด 60 MVAr สองชุดบนบัส 33 kV จ่าย 120 MVAr จาก 165 MVAr ที่เรกติไฟเออร์ต้องการ; กริด 220 kV จะเห็นประมาณ 45 MVAr ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ข้อกำหนด 0.95 pf ที่ผู้ดำเนินการส่งไฟฟ้าส่วนใหญ่กำหนดไว้อย่างสบาย
ทำไมฟิลเตอร์จึงอยู่บนบัส 33 kV และไม่ใช่ที่ 220 kV?
ต้นทุนและการสลับวงจร แบงก์ตัวกรอง 60 MVAr ที่ 33 kV เป็นการติดตั้งตัวเก็บประจุแบบทั่วไปที่ซ่อมแซมได้และประกอบที่หน้างาน ส่วน MVAr เดียวกันที่ 220 kV ต้องใช้แท่นหุ้มฉนวนเต็มรูปแบบ สวิตช์เกียร์ 220 kV และพื้นที่ติดตั้งที่ใหญ่กว่ามาก การวางตัวกรองที่ 33 kV ยังทำให้อยู่ใกล้กับเรกติไฟเออร์ในทางไฟฟ้า กระแสฮาร์มอนิกจึงไหลเวียนในพื้นที่และไม่ไปถึงหม้อแปลงหลัก ซึ่งหากไปถึงจะทำให้ Eddy loss สูงขึ้น หม้อแปลงหลักจึงรับโหลดที่เพาเวอร์แฟกเตอร์ 0.99 และมีกระแสน้อยลง 5–8% สำหรับ MW ที่เท่ากัน — ซึ่งคิดเป็น losses ประมาณ 4 MW ทั่วหม้อแปลงหลักทั้งสองลูก หรือ 2 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปีที่ราคาพลังงานของโรงถลุง
คุณกำหนดขนาดหม้อแปลงหลัก 220/33 kV สำหรับ N-1 ในโรงถลุงอย่างไร?
ความต้องการใช้ไฟรวมคือ 590 MVA หม้อแปลงหลัก 220/33 kV ขนาด 400 MVA สองลูกแต่ละลูกรับ 295 MVA โหลด 74% หากสูญเสียหนึ่งลูก ลูกที่เหลือจะรับ 148% — หม้อแปลงที่ไม่สามารถทน 148% ได้เกินกว่าสองสามนาที และโพแทลน์ที่ไม่สามารถตัดไฟได้ง่ายๆ คำตอบของอุตสาหกรรมไม่ใช่หน่วยที่สามขนาด 400 MVA แต่เป็น โปรโตคอลการลดกระแสตามสัญญาและการปฏิบัติงาน ที่หนุนด้วยความสามารถรับโอเวอร์โหลดของหม้อแปลง
การคำนวณ: 400 MVA ที่ pf 0.96 คือ 384 MW ระบบเสริมใช้ 45 MW และไม่สามารถตัดออกได้ เรกติไฟเออร์จึงได้รับ 339 MW ซึ่งที่ 1,224 V และประสิทธิภาพเรกติไฟเออร์ 98.5% คือ 275 kA — 65% ของกระแสไลน์ โพแทลน์ที่ 275 kA ไม่สบายแต่เสถียรได้หลายวัน: อุณหภูมิอ่างลดลงสองสามองศา ประสิทธิภาพกระแสลดลงสองจุด และเซลล์ยังคงหลอมเหลว การลดจาก 420 kA เหลือ 275 kA ที่อัตราสูงสุด 5 kA/h ใช้เวลา 29 ชั่วโมง ซึ่งเป็นเหตุผลที่โปรโตคอลเขียนเป็นแผนเป็นขั้นตอน (420 → 380 kA ภายใน 1 ชั่วโมงด้วยการยับยั้ง anode effect, → 320 kA ภายใน 8 ชั่วโมง, → 275 kA ภายใน 30 ชั่วโมง) และเป็นเหตุผลที่หม้อแปลงหลักกำหนดให้รับโอเวอร์โหลดต่อเนื่อง 130% พร้อมระบายความร้อนแบบบังคับ และ 150% เป็นเวลา 30 นาที
ทำไมการ oversized หม้อแปลงหลักจึงเป็นคำตอบที่ผิด?
หม้อแปลงหลัก 400 MVA สามลูกจะให้ N-1 ที่แท้จริงที่กระแสเต็ม และจะมีต้นทุนสูงขึ้นประมาณ 6 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ใช้เบย์เพิ่มอีกหนึ่งเบย์ และเพิ่ม no-load loss ประมาณ 180 kW ต่อลูก — 1.6 GWh ต่อปีสำหรับหน่วยที่สาม หรือ 95,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปีตลอดไป สำหรับสถานการณ์ที่เกิดขึ้นทุกห้าถึงสิบปีครั้ง ยิ่งไปกว่านั้น หม้อแปลงหลักลูกที่สามไม่ได้แก้กรณีที่เกิดขึ้นจริง: การสูญเสียสาย 220 kV ที่จ่ายให้สองในสามลูก โรงถลุงจึงลงทุนในสิ่งที่ลดความน่าจะเป็นและระยะเวลาของการหยุดทำงานแทน: สาย 220 kV คู่บนเสาแยกกัน สวิตช์เกียร์ 220 kV แบบ gas-insulated การตรวจวัด DGA แบบออนไลน์บนหม้อแปลงหลักและ rectiformer ทุกลูก และ rectiformer สำรอง 90 MVA ที่หน้างาน แพ็กเกจนี้มีต้นทุนต่ำกว่าหม้อแปลงหลักลูกที่สามและจัดการทั้งการหยุดทำงานของสายและการหยุดทำงานของหม้อแปลง
การหยุดทำงานของโพแทลน์มีต้นทุนเท่าไร และส่งผลต่อข้อกำหนดของหม้อแปลงอย่างไร?
โพแทลน์ที่สูญเสียกระแสนานกว่า 4–6 ชั่วโมงจะแข็งตัว อ่างจะแข็งตัวติดผนังด้านข้าง แผ่นโลหะหดตัว และการรีสตาร์ทหมายถึงการขุดออก 288 เซลล์ เปลี่ยน cathode block และซับด้านข้าง และรีสตาร์ทที่ 50–100 kA ด้วยการเพิ่มกระแสอย่างช้าๆ — 30–45 วัน และ 20–40 ล้านดอลลาร์สหรัฐ บวกกับการผลิตที่สูญเสีย 336,000 ตัน/ปีหารด้วยสิบสอง เมื่อเทียบกับตัวเลขนั้น การตรวจสอบสภาพบนหม้อแปลงราคา 1.3 ล้านดอลลาร์สหรัฐถือว่าฟรี
ผลกระทบต่อข้อกำหนดเป็นรูปธรรม: การวิเคราะห์ก๊าซที่ละลายแบบออนไลน์บน rectiformer ทุกลูก (แนวโน้มไฮโดรเจนและอะเซทิลีนจับ hot spot ได้หลายสัปดาห์ก่อนเกิดความเสียหาย) การวัดอุณหภูมิขดลวดด้วยไฟเบอร์ออปติกแทนการคำนวณ hot spot การนับการทำงานของ OLTC และการตรวจสอบกระแสของมอเตอร์ และโครงการป้องกันแบบ busbar differential ที่ทริปเบรกเกอร์ AC หกตัวภายใน 80 ms ปรัชญาการป้องกันสรุปไว้ใน อุปกรณ์ป้องกันหม้อแปลง สำหรับหม้อแปลงหลัก ข้อกำหนดคือการเชื่อมต่อ 220 kV ที่สามารถถ่ายโอนระหว่างบัสบาร์ได้โดยไม่ทำให้โพแทลน์หลุด ซึ่งหมายความว่าด้าน 33 kV ออกแบบสำหรับการถ่ายโอนแบบ make-before-break และการควบคุมเรกติไฟเออร์สามารถ ride through แรงดันตก 300 ms ได้โดยไม่สูญเสียการควบคุมกระแส
tap changer เคลื่อนที่จริงบ่อยแค่ไหน?
มากกว่าที่ข้อกำหนดส่วนใหญ่คิดไว้ โพแทลน์ 420 kA เคลื่อน 30–60 V ต่อวันเมื่อเปลี่ยนแอโนดและตัดหม้อออก ลูปควบคุมกระแสรักษา 420 kA โดยเลื่อน tap ทีละขั้น 1.25% ซึ่งที่ 1,224 V คือ 15 V ต่อขั้น บวกกับการเพิ่มกระแสตอนสตาร์ท การยับยั้ง anode effect และการตามโหลดตอนกลางคืนที่โรงถลุงมีสัญญาจ่ายไฟแบบ interruptible และ 30–60 ครั้งต่อวันถือเป็นปกติ — 20,000 ครั้งต่อปี 300,000 ครั้งตลอดอายุหม้อแปลง 15 ปี OLTC แบบสุญญากาศที่กำหนดไว้ 300,000 ครั้งจึงเป็นชิ้นส่วนตลอดอายุสินทรัพย์ ไม่ใช่อุปกรณ์เสริม และโหมดความเสียหาย (tap ค้าง) จะจัดการได้ก็ต่อเมื่อเรกติไฟเออร์ยังควบคุม ±2% บนไทริสเตอร์ได้ นั่นคือเหตุผลที่ข้อกำหนดการควบคุมละเอียดมีอยู่
คุณกำหนดขนาดสถานีไฟฟ้าย่อยเสริมอย่างไร?
กำลังไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์เสริม 45 เมกะวัตต์ฟังดูเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโพแทลน์ขนาด 514 MW และเป็นส่วนของโรงงานที่ทำให้การผลิตหยุดชะงักเมื่อเกิดความขัดข้อง หากระบบบำบัดไอเสียสูญเสียพัดลมหนึ่งตัว จะต้องปิดฝาเบ้าและลดกระแสไฟฟ้า หากโรงหล่อสูญเสียเตาหลอมแบบคงอุณหภูมิ โลหะหลอมจะสะสมค้างในเบ้า
| โหลดอุปกรณ์เสริม | กำลังไฟฟ้าที่ต่อพ่วง (kW) | ตัวประกอบความต้องการ | กำลังไฟฟ้าสูงสุด (kW) | ระบบจ่ายไฟ |
|---|---|---|---|---|
| ระบบบำบัดไอเสีย (พัดลมเครื่องฟอกแห้ง ระบบลำเลียงอะลูมินา) | 16,000 | 0.75 | 12,000 | 11 kV, 2 × 8 MW |
| เตาเผาอะโนดและการต่อก้าน | 9,000 | 0.70 | 6,300 | 11 kV |
| โรงหล่อ (การหลอม การคงอุณหภูมิ เครื่องหล่อแท่ง) | 12,000 | 0.75 | 9,000 | 11 kV |
| พัดลมโบลเวอร์และระบบระบายอากาศของโพแทลน์ | 6,500 | 0.80 | 5,200 | 11 kV, VFD |
| ลมอดอัด | 5,000 | 0.80 | 4,000 | 11 kV |
| ระบบบำบัดน้ำและการระบายความร้อน | 4,000 | 0.75 | 3,000 | 11 kV / 0.4 kV |
| ระบบระบายความร้อนของเรกติไฟเออร์ ระบบควบคุม อาคาร | 8,000 | 0.70 | 5,600 | 0.4 kV |
| รวม | 60,500 | 0.74 | 45,100 | 2 × 25 MVA 33/11 kV |
ชุดอุปกรณ์เสริมประกอบด้วยหม้อแปลง 25 MVA 33/11 kV จำนวนสองลูกที่โหลด 90% แต่ละลูก แบบแยกบัสเพื่อให้สามารถบำรุงรักษาได้ทีละลูก พร้อมด้วยหม้อแปลงจำหน่าย 11/0.4 kV ขนาด 1,000–2,500 kVA ทั่วทั้งห้องโพแทลน์และโรงหล่อ เนื่องจากโหลดอุปกรณ์เสริมส่วนใหญ่เป็นพัดลมและคอมเพรสเซอร์ที่ขับด้วย VFD หน่วย 0.4 kV จึงควรมีพิกัด K-factor หรือจ่ายไฟผ่าน active front end — ปัญหาฮาร์มอนิกในโรงถลุงไม่ได้เกิดเฉพาะที่เรกติไฟเออร์เท่านั้น ซึ่งเป็นจุดที่ การเลือกหม้อแปลง K-factor นำมาใช้
หม้อแปลงแคสต์เรซินเหมาะสมกับโรงถลุงอะลูมิเนียมในจุดใด และไม่เหมาะสมในจุดใด?
แคสต์เรซินเหมาะสมสำหรับใช้ภายในอาคารในห้องสวิตช์ของโพแทลน์และโรงหล่อ ซึ่งการเกิดอัคคีภัยจากน้ำมันแร่ข้างโลหะที่อุณหภูมิ 960 °C เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ และหน่วย 11/0.4 kV มีขนาดเล็ก แต่ไม่เหมาะสมที่ระดับ 33 kV และ 25 MVA เนื่องจากหม้อแปลงแคสต์เรซินขนาด 25 MVA อยู่ในช่วงสูงสุดของพิกัด dry-type — ขอบเขตดังกล่าวอธิบายไว้ใน หม้อแปลงจุ่มน้ำมันเทียบกับหม้อแปลง dry-type — และมีราคาสูงกว่าหม้อแปลงจุ่มน้ำมัน 40–60% อีกทั้งต้องใช้ระบบฉนวน Class-F ที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 100 K เพื่อให้อยู่ในขนาดโครงที่เหมาะสม การจัดวางมาตรฐานคือใช้หม้อแปลงจุ่มน้ำมัน 33/11 kV ภายนอกอาคารพร้อมผนังกันไฟและรีแอกเตอร์บัสไท 6% และใช้แคสต์เรซินตั้งแต่ระดับ 11 kV ลงมา
บัส DC เองกำหนดข้อกำหนดใดต่อชุดหม้อแปลงและเรกติไฟเออร์?
บัสบาร์ 420 kA เป็นส่วนของโรงงานที่มักสร้างความประหลาดใจให้กับผู้จำหน่ายหม้อแปลงมากที่สุด เป็นอะลูมิเนียม ระบายความร้อนด้วยน้ำที่ปลายด้านเรกติไฟเออร์ และนำกระแสที่สามารถก่อให้เกิดกระแสลัดวงจรคาดการณ์ 2–3 MA หากเกิดการลัดวงจรขึ้น ส่งผลให้เกิดข้อกำหนดสามประการดังนี้
การตัดกระแสฟอลต์ภายในหลักสิบมิลลิวินาที ระบบป้องกันของเรกติไฟเออร์เองต้องตรวจจับกระแสเกิน DC และตัดเบรกเกอร์ AC ภายในเวลาไม่เกิน 80 ms หม้อแปลงต้องทนต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลที่ขดลวดถูกกำหนดให้ใช้ตัวนำแบบ transposed อย่างต่อเนื่องและการทดสอบลัดวงจรที่อิมพีแดนซ์ของแบงก์จริง แทนการทดสอบทั่วไปที่ 25 kA
การตรวจจับฟอลต์ลงดินในระบบ DC ที่ไม่ต่อลงดิน โพแทลน์ไม่ได้ต่อลงดิน — ฟอลต์ลงดินเพียงจุดเดียวต้องไม่ทำให้ 514 MW หยุดทำงาน จำเป็นต้องมีทั้งการตรวจสอบฉนวนบนบัส DC และขดลวดแรงดันต่ำของหม้อแปลงที่หุ้มฉนวนสำหรับแรงดัน DC เต็มพิกัดถึงดิน (1.2 kV DC บวกทรานเซียนต์) ผู้จำหน่ายที่ถือว่าขดลวดแรงดันต่ำเป็นขดลวดจำหน่าย 690 V จะไม่ผ่านการทดสอบนี้ภายในปีแรก
สัญญาณรบกวนโหมดร่วม การสวิตชิ่งของเรกติไฟเออร์ก่อให้เกิดแรงดันโหมดร่วมที่เดินทางย้อนกลับผ่านความจุของหม้อแปลงเข้าสู่ระบบ 33 kV และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม เกราะป้องกันไฟฟ้าสถิตที่กำหนดไว้ข้างต้นคือสิ่งที่หยุดยั้งปัญหานี้ หากไม่มีเกราะป้องกัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมกระแสของเรกติไฟเออร์เองจะกลายเป็นแหล่งที่ทำให้เกิดการทริปโดยไม่จำเป็นมากที่สุดในโรงงาน
ควรคิดมูลค่าความสูญเสียใดที่ชั่วโมงการทำงาน 8,000 ชั่วโมงต่อปี?
โรงถลุงเดินเครื่อง 8,500 ชั่วโมงต่อปีที่ความพร้อมใช้งาน 96–98% ดังนั้นการคิดมูลค่าความสูญเสียจึงไม่ใช่แค่พิธีการในเอกสารประกวดราคา สำหรับแบงก์นี้:
| รายการ | ค่าต่อหน่วย | ค่าใช้จ่ายรายปีที่ USD 0.06/kWh | หกหน่วย |
|---|---|---|---|
| ความสูญเสียไม่มีโหลด 40 kW ที่ 8,760 ชม. | 40 kW | USD 21,000 | USD 126,000 |
| ความสูญเสียมีโหลด 320 kW ที่ 8,000 ชม. | 320 kW | USD 153,600 | USD 922,000 |
| รวม | 360 kW | USD 174,600 | USD 1.05 ล้าน |
ตลอดระยะเวลา 20 ปีด้วยส่วนลด 6% เงิน 1.05 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปีมีมูลค่าปัจจุบันประมาณ 12 ล้านดอลลาร์สหรัฐ — ซึ่งใกล้เคียงกับราคาซื้อของหม้อแปลงทั้งหกลูก นั่นคือเหตุผลที่การประเมินข้อเสนอราคาที่โรงถลุงให้ค่าน้ำหนักกับการสูญเสียที่ 30–40% ของคะแนน และเป็นเหตุผลที่การเสนอราคาที่มีการสูญเสียโหลด 340 kW แทนที่จะเป็น 320 kW อาจทำให้เสียคำสั่งซื้อได้แม้ในราคาที่ต่ำกว่า และยังเป็นเหตุผลที่การสูญเสียต้องได้รับการรับประกันภายใต้ภาระการทำงานของคอนเวอร์เตอร์: ผู้จัดหาที่รับประกัน 320 kW จากการทดสอบด้วยคลื่นไซน์แต่ส่งมอบ 380 kW ภายใต้ภาระเรียงกระแสได้สร้างความประหลาดใจให้กับโรงถลุงถึง 320,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี ซึ่งไม่มีข้อกำหนดการรับประกันใดจะครอบคลุมได้
คุณควรซื้อหม้อแปลงหลักที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าแทนที่จะซื้อลูกที่สามหรือไม่?
ใช่ หม้อแปลงหลักสองลูกขนาด 400 MVA ที่มีการสูญเสียขณะไม่มีโหลด 180 kW และการสูญเสียโหลด 900 kW ต่อลูก มีต้นทุนการสูญเสียประมาณ 1.1 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี การเปลี่ยนจากแกนเหล็กOrientedแบบทั่วไปเป็นแกนเกรดสูงหรือแกนอสัณฐานในหน่วยขนาดนี้ไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติ แต่การกำหนดการออกแบบทางเศรษฐกิจที่มีการสูญเสียต่ำที่สุดและการประเมินที่ 0.06 ดอลลาร์สหรัฐ/kWh โดยทั่วไปจะได้การสูญเสียคืนมา 15–20% ในราคา 3–4% ของราคา สำหรับหน่วยขนาด 400 MVA การประหยัดการสูญเสียโหลดได้ 150 kW คือ 72,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี ซึ่งคืนทุนได้ในเวลาไม่ถึงสองปี
เอกสารข้อกำหนดหม้อแปลงควรมีอะไรบ้าง?
สิบสี่รายการ ตามลำดับที่ใช้ตัดสินการเสนอราคา:
| # | ข้อกำหนด | ค่าทั่วไป |
|---|---|---|
| 1 | มาตรฐานและภาระการทำงาน | IEC 61378-1 ภาระคอนเวอร์เตอร์ พร้อม IEC 60076-1 ทั่วไป |
| 2 | พิกัดและแรงดัน | 90 MVA, 33 kV / 2 × 0.65 kV, เอาต์พุต DC 70 kA |
| 3 | อิมพีแดนซ์และค่าความคลาดเคลื่อน | 8.5%, ±2.5% ของค่าเฉลี่ยกลุ่มที่แทปภาระฐาน |
| 4 | ค่าความคลาดเคลื่อนอัตราส่วน | ±0.25%, ขดลวดทุติยภูมิจับคู่กันภายใน 0.5% |
| 5 | อุปกรณ์เปลี่ยนแทป | OLTC แบบสุญญากาศ 16 ขั้น ขั้นละ 1.25%, 300,000 ครั้งการทำงาน |
| 6 | การสูญเสียจากฮาร์มอนิก | รับประกันการสูญเสียโหลดที่สเปกตรัมที่กำหนด ระบุค่าตัวคูณการสูญเสียฮาร์มอนิก |
| 7 | ฉนวน | Um 36 kV, LI 170 kV, คลื่นตัด, PD <100 pC ที่ 1.3 Um |
| 8 | การป้องกันสัญญาณรบกวน | ฉนวนป้องกันไฟฟ้าสถิต ต่อลงดิน จาก HV ไป LV |
| 9 | การระบายความร้อน | OFWF, น้ำเข้า 30 °C, 1.5 × พิกัดเป็นเวลา 30 นาที |
| 10 | กระแสลัดวงจร | ทนทานที่อิมพีแดนซ์กลุ่ม คำนวณแรงแล้ว ไม่ต้องขันใหม่หลังการทดสอบ |
| 11 | การตรวจสอบ | อุณหภูมิขดลวดด้วยไฟเบอร์ออปติก, DGA ออนไลน์, ตัวนับ OLTC, ระดับน้ำมัน |
| 12 | การสูญเสีย | ≤40 kW ขณะไม่มีโหลด, ≤320 kW โหลด, ข้อกำหนดค่าปรับต่อ kW |
| 13 | สภาพพื้นที่ติดตั้ง | แผ่นดินไหว, อุณหภูมิแวดล้อม 45 °C, บรรยากาศฟลูออไรด์ในห้องถลุง, ถัง IP54 |
| 14 | เอกสาร | รายงานการทดสอบแบบ, วิธีการวัดการสูญเสีย, การทดสอบการแบ่งกระแสที่โรงงาน |
ข้อผิดพลาดด้านข้อกำหนดห้าประการที่สร้างความเสียหายมากที่สุดคืออะไร?
1. ค่าความคลาดเคลื่อนอิมพีแดนซ์ที่อ้างอิงตาม IEC 60076-1 (±7.5%) หกหน่วยจากสามโรงงาน หรือแม้แต่โรงงานเดียวที่มีการกระจายจากการผลิตตามปกติ จะไม่แบ่งกระแสร่วมกัน อาการจะปรากฏในปีที่สองโดยหน่วยหนึ่งทำงานร้อนกว่าหน่วยข้างเคียง 12 K; การแก้ไขคือการพันขดลวดใหม่หรือจำกัดกระแสอย่างถาวรในกลุ่ม
2. การวัดการสูญเสียด้วยกระแสไซน์ ภาระคอนเวอร์เตอร์เพิ่มการสูญเสียโหลดในขดลวด 15–20% และมากกว่าในชิ้นส่วนโครงสร้าง การรับประกันที่ระบุ 320 kW โดยไม่ระบุสเปกตรัมไม่ใช่การรับประกัน
3. ไม่มีฉนวนป้องกันไฟฟ้าสถิต ประหยัดได้ประมาณ 1.5% ของราคา และก่อให้เกิดการทริปของระบบควบคุมเรียงกระแสที่อธิบายไม่ได้เป็นเวลาหลายปีและสัญญาณรบกวนโหมดร่วม 33 kV ที่ไม่มีใครสามารถตรวจสอบได้
4. การควบคุมแรงดันด้วยไทริสเตอร์เท่านั้น ถูกกว่าด้วยต้นทุนของ OLTC และสูญเสียตัวประกอบกำลัง 1–2% และธนาคารตัวกรองที่ออกแบบสำหรับฮาร์มอนิกซึ่งอุปกรณ์เปลี่ยนแทปจะหลีกเลี่ยงได้ ที่ 567 MW ตัวประกอบกำลัง 1% คือ 300,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปีในค่าบริการกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟตามอัตราค่าไฟฟ้าหลายรูปแบบ
5. พิกัดกระแสลัดวงจรของหม้อแปลงจำหน่ายมาตรฐาน กระแสลัดวงจรบัส DC คือ 500 kA ต่อกลุ่มและ 2–3 MA โดยรวม; ขดลวดที่ออกแบบและทดสอบตามระดับ IEC ทั่วไปจะเสียรูปเมื่อเกิดกระแสลัดวงจรจริงครั้งแรก และการเสียรูปจะมองไม่เห็นจนกว่า DGA จะแสดงอะเซทิลีนในอีกสองปีต่อมา
คุณจะทดสอบเดินเครื่อง rectiformer โดยไม่สร้างความเครียดให้กับสายการผลิตอะลูมิเนียมได้อย่างไร?
การทดสอบเดินเครื่องเกิดขึ้นก่อนที่สายการผลิตอะลูมิเนียมจะเริ่มต้น ดังนั้นกลุ่มหม้อแปลงจะถูกทดสอบกับรีโอสแตตน้ำหรือบัสบาร์ลัดวงจรด้วยกระแสแบบเป็นขั้น: 10%, 25%, 50%, 75% และ 100% ของกระแส DC พิกัด โดยแต่ละขั้นคงไว้ตามเวลาที่จำเป็นเพื่อให้อุณหภูมิขดลวดคงที่ การทดสอบที่สำคัญคือการทดสอบที่เผยให้เห็นปัญหาของกลุ่มหม้อแปลงมากกว่าปัญหาของหน่วยเดียว
| การทดสอบ | เกณฑ์ | สิ่งที่ตรวจพบ |
|---|---|---|
| อัตราส่วนและกลุ่มเวกเตอร์ ทุกแทป | ±0.25%, การเลื่อน 30° | ข้อผิดพลาดของขดลวด การต่อวงจรทุติยภูมิที่สองผิด |
| อิมพีแดนซ์ แต่ละเครื่อง แทปโหลดพื้นฐาน | ภายใน ±2.5% ของค่าเฉลี่ยของชุด | ข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดของชุด |
| การแบ่งกระแสที่ 50% และ 100% | เครื่องที่แย่ที่สุดภายใน 3% ของค่าเฉลี่ย | ความไม่สอดคล้องของอิมพีแดนซ์และอัตราส่วนรวมกัน |
| การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ 100% เป็นเวลา 8 ชม. | ขดลวด ≤65 K, น้ำมัน ≤55 K | วงจรระบายความร้อน การไหลของน้ำมัน จุดร้อน |
| PD ที่ 1.3 Um | <100 pC, คงที่ตลอด 10 นาที | ความเสียหายของฉนวนระหว่างการขนส่ง |
| การวัดกระแสฮาร์มอนิกที่ 33 kV | ภายในขอบเขตการออกแบบตัวกรอง | ข้อผิดพลาดของการเหลื่อมมุม การปรับแต่งตัวกรองคลาดเคลื่อน |
| การทำงานของ OLTC 50 รอบเต็ม | ไม่สูญเสียขั้น มอเตอร์กระแสปกติ | การจัดตำแหน่งตัวเปลี่ยนแทปก่อนการทำงาน 300,000 ครั้ง |
| ค่าเริ่มต้น DGA หลัง 72 ชม. ที่โหลดเต็ม | ไม่มีอะเซทิลีน ไฮโดรเจนคงที่ | ค่าอ้างอิงสำหรับ 20 ปีข้างหน้า |
การทดสอบการแบ่งกระแสคือสิ่งที่ต้องยืนกรานทั้งที่โรงงานและที่หน้างาน เพราะเป็นการทดสอบเดียวที่พิสูจน์ชุดมากกว่าเครื่องเดี่ยว ผู้จัดหาสามารถผ่านทุกการรับประกันรายเครื่องและยังส่งมอบหม้อแปลงหกเครื่องที่ไม่สามารถทำงานขนานกันได้ และการแก้ไขต้องทำในห้องโถงถลุง ที่ระดับความสูง ในบรรยากาศฟลูออไรด์ โดยมีสายการถลุงรออยู่
Sources / 资料来源
ที่มา: IEC 61378-1 — หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ ส่วนที่ 1: หม้อแปลงสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม
ที่มา: IEC 60146-1-1 — คอนเวอร์เตอร์สารกึ่งตัวนำ: ข้อกำหนดทั่วไปและคอนเวอร์เตอร์แบบคอมมิวเตตไลน์
ที่มา: IEC 60076-1 — หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: ทั่วไป
ที่มา: IEC 60076-2 — หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสำหรับหม้อแปลงชนิดจุ่มน้ำมัน
ที่มา: IEC 60076-3 — หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: ระดับฉนวน การทดสอบไดอิเล็กทริก และระยะห่างภายนอกในอากาศ
ที่มา: IEC 60076-5 — หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: ความสามารถในการทนต่อการลัดวงจร
ที่มา: IEC 60076-7 — หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: คู่มือการโหลดสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังชนิดจุ่มน้ำมันแร่
ที่มา: IEC 60076-11 — หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: หม้อแปลงชนิดแห้ง
ที่มา: IEEE 519 — แนวปฏิบัติและข้อกำหนดที่แนะนำสำหรับการควบคุมฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้ากำลัง
ที่มา: IEC 61936-1 — การติดตั้งไฟฟ้าที่เกิน 1 kV AC และ 1.5 kV DC: กฎทั่วไป
ที่มา: GB/T 6451 — พารามิเตอร์ทางเทคนิคและข้อกำหนดสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังชนิดจุ่มน้ำมันสามเฟส
ที่มา: ทีมวิศวกรรม QDTB — การจัดหาหม้อแปลงชนิดจุ่มน้ำมันและชนิดเรซินหล่อสำหรับโครงการโลหะ อุตสาหกรรม และโครงสร้างพื้นฐาน 2015–2025 (แรงดันเซลล์ ปัจจัยความต้องการ ช่วงการกระจายอิมพีแดนซ์ อัตราการคิดทุน損失 ช่วงราคา และระยะเวลาส่งมอบที่อ้างถึงในที่นี้เป็นค่าจากประสบการณ์อุตสาหกรรม ไม่ใช่มาตรฐานที่เผยแพร่)