Alüminyum İzabesinde Transformatör: 420 kA'lik Bir Potline için Altı Adet Doğrultucu Transformatör ve 220 kV Besleme Nasıl Boyutlandırılır ve DC Barası Tasarımı Neden Belirler

Önce cevap: 420 kA'lık bir potline, 1.224 V'ta 514 MW'lık bir DC yüktür; dolayısıyla trafo merkezini AC talebi değil, redresör transformatörleri ve DC barası belirler

420 kA ve hücre başına 4,25 V'ta çalışan 288 potluk bir alüminyum potline, 1.224 V'ta 514 MW'lık bir DC yüktür. Buna 45 MW yardımcı yük eklendiğinde tesis 567 MW, 0,96 güç faktöründe 590 MVA çeker — bu da her biri %74 yükte çalışan iki adet 400 MVA 220/33 kV ana besleme hattı demektir. Ancak bu AC aritmetiğindeki hiçbir şey, asıl önemli olan transformatörlerin nasıl satın alınacağını size söylemez. Her biri 1.224 V'ta 70 kA sağlayan altı adet 87 MVA redresör transformatörü tasarımı belirler ve bu transformatörlerin isim plakalarındaki üç sayı potline'ın çalışıp çalışmayacağını belirler: %8,5 empedans (paralel gruplar arasındaki akım paylaşımını ±%2'ye ve grup başına DC bara arıza akımını yaklaşık 500 kA'ya ayarlar), en az 16 kademeli vakumlu yükte kademe değiştirici (güç faktörünü ve harmonik enjeksiyonunu belirler) ve yalnızca IEC 60076'ya değil, IEC 61378-1'e göre üretilmiş, girdap akımı kaybı test edilmiş sargı. Bunları doğru yaparsanız transformatör paketi 30–40 milyon USD'ye, yani 840 milyon dolarlık bir izabe tesisinin yaklaşık %4–5'ine mal olur; DC ve MVA adımlarını güç sistemi hesaplayıcıları ile yeniden üretebilirsiniz. Yanlış yaparsanız arıza modu, arızalı bir transformatör değildir — donmuş bir potline, dört ila altı haftalık üretim kaybı ve 20–40 milyon USD değerinde hurda banyo ve yeniden tuğlalanmış hücrelerdir.

Önemli çıkarımlar

• Redresör bankını AC'ye göre değil, DC'ye göre boyutlandırın: 288 pot × 4,25 V = 1.224 V; 420 kA = 514 MW DC; 45 MW yardımcı yük tesisi 567 MW / 590 MVA'ya çıkarır.
• Tek büyük ünite yerine altı adet 87 MVA redresör transformatörü: her biri 70 kA, grup başına 12 darbeli, genel olarak 72 darbeliye kaydırılmış ve potline durması yerine 5/6 akımda N-1 çalışma.
• %8,5 empedans üç yönlü bir uzlaşmadır: paralel gruplar arasında akım paylaşımı, DC bara arıza akımı ve reaktif güç tüketimi. Empedans toleransını ±%7,5 değil, ±%2,5 olarak belirtin.
• Gerilimi önce yükte kademe değiştiriciyle, sonra tristörle kontrol edin — anma geriliminin altındaki her %1 faz açısı kontrolü yaklaşık %0,6 güç faktörüne mal olur ve harmonik ekler.
• Bir izabe tesisi, bir adet 400 MVA ana beslemenin kaybına dayanması gereken 590 MVA'lık bir yüktür; bu nedenle N-1 uyumu, ana beslemelerin aşırı boyutlandırılmasından değil, sözleşmeye bağlı bir akım azaltma protokolünden (15 dakika içinde 285 kA'ya) gelir.

420 kA'lık bir potline gerçekte hangi elektriksel yükü oluşturur?

Potline tek bir seri devredir. Her pot aynı 420 kA'yı taşır ve gerilimler toplanır: ortalama 4,25 V'ta 288 hücre, uçtan uca 1.224 V DC verir. Bu, redresörün üretmesi gereken sayıdır ve yalıtım açısından düşük bir gerilimdir — 1,2 kV DC — bara, redresörler ve akım paylaşımı açısından ise muazzam bir akımdır.

Bundan hemen iki sonuç çıkar. Birincisi, 590 MVA çoğu şebekenin 220 kV'ta bağlayacağı en büyük tek yüktür ve son derece kararlıdır — bir potline motor yükü değil, sabit akım yüküdür. İkincisi, 14,8 kWh/kg, elektriğin metal maliyetinin yaklaşık %40'ı olduğu anlamına gelir; dolayısıyla transformatör kaybının her kilovatı izabe tesisinin nakit maliyetinde bir kalemdir, bu yüzden bu ihalelerde satın alma fiyatı değil toplam sahip olma maliyeti belirleyicidir. Bu uygulamada kayıp değerlendirmesinin kWh başına 0,05–0,07 USD ve 8.000–8.500 saat üzerinden yapılmasının nedeni budur — transformatör boyutlandırma ve bütçe formülü ile aynı aritmetik — ve %0,1 daha az verimli bir transformatörün birim başına 1,2 milyon USD değerinde bir ihaleyi kaybedebilmesinin nedeni de budur.

Hücre başına neden 4,0 V değil de 4,25 V? DC gerilimin arkasındaki enerji dengesi

Hücre gerilimi, enerji ile akım verimi arasındaki bir dengedir. Yaklaşık 1,2 V tersinir ayrışma potansiyelidir ve ortadan kaldırılamaz; geri kalanı banyodaki, anotlardaki, katotlardaki ve bara çubuklarındaki omik düşümdür. Anot–katot mesafesinin azaltılması banyo düşümünü düşürür ve enerji tasarrufu sağlar, ancak aynı zamanda anot etkisi olasılığını artırır ve akım verimini düşürür. Uygulamada bir ergitme tesisi 4,15–4,35 V aralığında karar kılar ve her 100 mV, DC enerjisinin yaklaşık %2,4'üne karşılık gelir. Bu potline için 4,25 V'tan 4,15 V'a geçmek, tek bir transformatörü bile değiştirmeden 4,5 MW — yılda yaklaşık 39 GWh veya 0,06 USD/kWh üzerinden 2,3 milyon USD — tasarruf sağlar. Bu nedenle bir ergitme tesisiyle yapılan elektriksel tasarım görüşmesi her zaman kVA ile değil, hücre gerilimi ve akım verimi ile başlar.

420 kA'lık bir potline neden tek bir büyük redresör yerine altı redresör grubu kullanır?

Dört neden vardır ve yalnızca ilki üretimle ilgilidir. 514 MW'lık tek bir redresör mevcut değildir; var olsaydı bile, DC bara arıza akımı ve tek arıza noktası kabul edilemez olurdu.

Üretim ve nakliye. 90 MVA, 33 kV'luk bir konvertör transformatörü yağ ile birlikte 110–130 t ağırlığındadır. Bunlardan altısı, inşa edilemeyecek, sevk edilemeyecek veya değiştirilemeyecek 540 MVA'lık tek bir üniteyle aynı nakliye zarfına sığar. Yedek ünite stratejisi de pratik hale gelir: bir ergitme tesisi 540 MVA'lık bir yedek yerine 90 MVA'lık bir yedek bulundurur.

Harmonikler. Her grup bir 12 darbeli redresördür (iki sekonder, biri delta ve biri yıldız). Faz olarak 5° kaydırılmış altı grup, etkin bir 72 darbeli karakteristik verir; ilk karakteristik harmoniği 11'inciden 71'inciye taşır — harmonik akımların transformatörleri neden aşırı ısıttığının arkasındaki mekanizma budur — ve filtre bankını 200 MVAr'dan 120 MVAr'a düşürür. Kaydırma, transformatör sargılarında — genişletilmiş delta veya zig-zag sekonderler — yapılır, dolayısıyla bu bir şartname kalemidir, redresör ayarı değildir.

DC baradaki arıza akımı. Potline barası, 1 km'lik bir pota odasının uzunluğu boyunca uzanan 420 kA'lık bir alüminyum iletkendir. Üzerindeki herhangi bir kısa devre, aynı anda her redresör grubu tarafından beslenir. %8,5 empedansa sahip 90 MVA'lık bir gruptan gelen muhtemel akım yaklaşık 500 kA'dır; altı grup, bara empedansıyla sınırlanan ve altı AC kesicinin tamamının açtırılmasıyla temizlenen 2–3 MA bölgesinde bir bara arızası verir. Altı ayrı DC ayırıcı ve altı AC kesici, potline çalışmaya devam ederken bir grubu bakım için izole etmenizi sağlayan tek düzenlemedir.

Azaltılmış akımda N-1. Bir grubu kaybedin, potline sıfıra değil, 420 kA'dan 350 kA'ya düşer. Alüminyum hücreleri günlerce azaltılmış akıma dayanır; açık devreye dayanmazlar. Bu tek özellik — 5/6 çalışma — ek şalt ekipmanı maliyetlerinden daha değerlidir, çünkü bir potline durması haftalarla ölçülür.

Paralel redresör grupları ne kadar akım dengesizliğine dayanabilir?

Gruplar arasındaki akım paylaşımı neredeyse tamamen empedans uyumsuzluğuyla belirlenir ve bu, herhangi bir paralel transformatör çalışmasını yöneten aynı fiziktir. Toplam 420 kA'da, payından %5 daha fazla akım taşıyan bir grup, sargıda %5 daha sıcak ve girdap kayıplarında %10 daha sıcak çalışır ve yalıtımı kabaca iki kat hızda yaşlanır. İlişki doğrusala yakındır ve acımasızdır:

Bu, bir redresör transformatörü satın alma siparişindeki en önemli tek cümledir: bank ortalamasının ±%2,5'i empedans toleransı, baz yük için kullanılacak kademede ölçülmüş. IEC 60076-1, tek bir ünite için beyan edilen değerde ±%7,5'e izin verir ve bu toleransa göre teklif veren bir tedarikçi standarda uygundur ve altı üniteli bir bank için işe yaramaz. Aynı mantık oran toleransı (±%0,25) ve bir ünite içindeki sekonderler için de geçerlidir; burada delta ve yıldız sargıları arasındaki %1'lik bir uyumsuzluk, 12 darbeli köprü dengesizliğine ve hiçbir filtrenin tasarlanmadığı 6. harmonik bileşenine dönüşür.

Bir grup açtığında ne olur — ve neden potline'ı durdurmaz?

420 kA'ta potline gerilimi 1.224 V'tur. Altı gruptan birinin kaybedilmesi durumunda, hücreler hâlâ 960 °C'de erimiş banyo ile dolu olarak iletkenliğini sürdürürken DC gerilimi 1.020 V'a doğru çöker. Kalan beş grup akımı 20–50 ms içinde devralır; akım düzenleme sistemi daha sonra 350 kA'da tutar ve potline, katotta daha sıcak ve daha düşük verimle, grup yeniden devreye alınana kadar çalışmaya devam eder. Katot astar ömrü düşük akımda daha hızlı tükenir çünkü yan duvar donma profili değişir; bu nedenle bir izabe tesisi grubu saatler içinde yeniden devreye alır ve sahada yedek bir redresör trafosunun bulunması, yedek bir ana trafodan daha önemlidir.

Asla gerçekleşmemesi gereken senaryo, tüm grupların kaybı veya bir DC açık devresidir. Yaklaşık 200 kA'nın altında banyo yan duvarlara karşı donmaya başlar; 4–6 saat sonra hücreler katılaşır ve yeniden başlatma mekanik bir projeye dönüşür: donmuş banyonun kazılması, yeniden tuğlalanması, 30–45 gün boyunca pot pot yeniden başlatılması. Bu asimetri — 5/6 hayatta kalınabilir, 0/6 değil — redresör düzeninin, 220 kV bağlantısının ve koruma şemasının ayrı ayrı değil birlikte tasarlanmasının nedenidir.

420 kA'lık bir potline için redresör trafosu nasıl spesifiye edilir?

Bir redresör trafosu, daha büyük tanklı bir dağıtım trafosu değildir. IEC 61378-1 ile tanımlanır, IEC 60076-1'in tanımlamadığı bir konvertör görev yükünü taşır ve yük kaybı sinüzoidal olmayan akım için ölçülmeli ve garanti edilmelidir. Aşağıdaki spesifikasyon sayfası, karşılaştırılabilir teklifler üreten sayfadır.

Neden gerilimi yükte kademe değiştirici kontrol etmeli ve tristör yalnızca ince ayar yapmalıdır?

Hat komütasyonlu bir redresörün DC gerilimi düşürmek için iki yolu vardır: kademe değiştirici ile AC gerilimi düşürmek veya ateşleme açısını geciktirmek. Birincisi neredeyse kayıpsızdır ve akımı gerilimle fazda tutar. İkincisi ise her ikisi de değildir. α açısında ateşleme, yaklaşık α/2 artı komütasyon örtüşmesi kadar bir yer değiştirme açısıyla akım çeker ve anma geriliminin altındaki her %1 faz açısı kontrolü yaklaşık %0,6 güç faktörüne mal olur ve filtre bankasının boyutlandırılmadığı ek düşük mertebeli harmonikleri enjekte eder.

Dolayısıyla spesifikasyon şöyle olmalıdır: kaba kontrol ±%1,25 kademe adımlarında, ince kontrol yalnızca ±%2 için tristörde ve kademe değiştirici yağ içinde vakum kesici ile 300.000 işlem için boyutlandırılmış. İzabe tesisleri sürekli kademe değiştirir — anot değişimleri hücre gerilimini 20–40 mV kaydırır, potlar devreden çıkarılır ve yeniden astarlanır, hat akımı devreye alma sırasında 5 kA/saat hızında rampalanır — ve devre dışı kademe değiştirici bu yükte basitçe kullanılamaz — genel ödünleşim yükte ve devre dışı kademe değiştiriciler bölümünde açıklanmıştır.

Neden %8,5 empedans doğru değerdir?

Bir redresör transformatöründeki empedans aynı anda üç iş yapar ve bunlar birbirine zıt yönlerde çeker. DC barası arıza katkısını sınırlar, örtüşme açısını ve reaktif tüketimi belirleyen komütasyon reaktansını belirler ve kademe değiştiricilerle ne kadar gerilim regülasyonu satın alabileceğinizi belirler. Tablo 90 MVA'daki dengeyi gösteriyor:

%8,5'te bir grup, bir DC barası arızasına yaklaşık 500 kA katkıda bulunur — bu sayı redresör sigortası ve kesici spesifikasyonuna, bara desteklemesine ve ark parlaması çalışmasına yazılmalıdır; yöntem transformatör kısa devre akımı hesaplamasında kullanılanla aynıdır. Bu aynı zamanda bankanın grup başına yaklaşık 62 MVAr, 567 MW için toplamda 165 MVAr tükettiği anlamına gelir ki bu da filtre bankasının boyutlandırılmasını belirler. Verimlilik satın almak için empedansı düşürürseniz, kazancı şalt ekipmanı, sigortalar ve filtreler üzerinde üç katına harcarsınız.

Dağıtım transformatöründen başka ne farklıdır? Konvertör hizmeti kalemleri

Deneyimi dağıtım ünitelerinde olan tedarikçiler tarafından rutin olarak üç kalem gözden kaçırılır. Birincisi, kayıp ölçümü: IEC 61378-1, yük kaybının konvertör hizmetini temsil eden bir akım dalga formuyla, harmonik kayıp faktörü dahil, garanti edilmesini ve ölçülmesini gerektirir — sinüzoidal testte 320 kW'ı karşılayan bir transformatör, hizmette 380 kW dağıtabilir. İkincisi, tekrarlayan darbeler altında yalıtım: AG sargısı döngü başına birkaç yüz kez komütasyon çentiği görür ve 1,2/50 µs darbe testini geçen sargılar arası yalıtım, kesik dalga ve tekrarlayan darbe gereksinimi belirtilmezse beş yıl içinde hâlâ arızalanabilir. Üçüncüsü, yağ akışı elektriklenmesi ve statik yüklenme: büyük ünitelerde yüksek akış hızında zorlamalı yağ soğutması statik yük üretir; spesifikasyon, tankın ve boru tesisatının topraklanmasını ve yağ akış hızının sınırlandırılmasını gerektirmelidir ki bu, bir konvertör transformatörünü aynı güçteki bir güç transformatöründen ayıran tek gereksinimdir.

420 kA'lık bir potline ne kadar harmonik bozulma enjekte eder?

12 darbeli bir grup, 12k ± 1 mertebesinde karakteristik harmonikler üretir: 11., 13., 23., 25. ve benzerleri, temel bileşenin kabaca 1/h genliğinde. 5° kaydırılmış altı grup bunların çoğunu iptal eder, geriye transformatör doygunluğundan kaynaklanan 5. ve 7. ile kusurlu kaydırmadan kaynaklanan 11./13. harmoniklerin baskın olduğu bir kalıntı bırakır. 220 kV ortak bağlantı noktasında IEEE 519, bu büyüklükteki bir tesis için %1,5 toplam talep bozulmasına izin verir; filtresiz bir potline %8–14 seviyesine iner.

Sorunun şekline dikkat edin: işin çoğunu kaydırma yapar ve filtreler kalıntıyı temizler artı reaktif güç sağlar. Bu nedenle filtre bankası amper cinsinden değil MVAr cinsinden belirtilir — bir izabe tesisinde birincil görevi güç faktörüdür ve harmonik zayıflatma ikinci faydadır. 33 kV barasında iki adet 60 MVAr C tipi filtre bankası, redresörlerin ihtiyaç duyduğu 165 MVAr'ın 120 MVAr'ını sağlar; 220 kV şebekesi yaklaşık 45 MVAr görür ve çoğu iletim operatörünün dayattığı 0,95 pf gereksiniminin oldukça içinde kalır.

Filtreler neden 220 kV'ta değil de 33 kV barasında?

Maliyet ve anahtarlama. 33 kV'ta 60 MVAr'lık bir filtre bankası, geleneksel, onarılabilir, sahada monte edilen bir kapasitör tesisatıdır; aynı MVAr 220 kV'ta tam yalıtımlı bir platform, 220 kV şalt ekipmanı ve çok daha büyük bir yerleşim alanı gerektirir. Filtrelerin 33 kV'ta konumlandırılması, onları elektriksel olarak redresörlere de yaklaştırır; böylece harmonik akımlar yerel olarak dolaşır ve eddy kayıpları aksi halde artacak olan ana transformatörlere hiç ulaşmaz. Ana transformatörler daha sonra 0,99 güç faktöründe bir yük görür ve aynı MW için %5–8 daha az akım taşır — bu da iki ana ünite genelinde yaklaşık 4 MW kayba, yani izabe tesisi enerji fiyatlarıyla yılda 2 milyon USD'ye karşılık gelir.

Bir izabe tesisinde 220/33 kV ana üniteler N-1 için nasıl boyutlandırılır?

Toplam talep 590 MVA'dır. İki adet 400 MVA 220/33 kV ana ünitenin her biri 295 MVA taşır, %74 yüklüdür. Birini kaybettiğinizde hayatta kalan %148 ile karşılaşır — bu, %148'e birkaç dakikadan fazla dayanamayacak bir transformatör ve basitçe kapatılamayacak bir potline demektir. Sektörün cevabı üçüncü bir 400 MVA ünite değil; transformatör aşırı yük kapasitesiyle desteklenen sözleşmeye dayalı ve operasyonel akım azaltma protokolüdür.

Hesap: 0,96 pf'de 400 MVA, 384 MW'dır. Yardımcı yükler 45 MW'dır ve devreden çıkarılamaz. Bu nedenle redresörler 339 MW alır; bu da 1.224 V'ta ve %98,5 redresör veriminde 275 kA'dır — hat akımının %65'i. 275 kA'da bir potline rahatsız edicidir ancak günlerce stabildir: banyo sıcaklığı birkaç derece düşer, akım verimi iki puan azalır ve hücreler eriyik halde kalır. Maksimum 5 kA/h rampa hızında 420 kA'dan 275 kA'ya düşürmek 29 saat sürer; bu nedenle protokol aşamalı bir plan olarak yazılmıştır (anot etkisi bastırma ile 1 saat içinde 420 → 380 kA, 8 saat içinde → 320 kA, 30 saat içinde → 275 kA) ve ana üniteler zorlamalı soğutma ile %130 sürekli aşırı yük ve 30 dakika için %150 olarak belirlenmiştir.

Ana üniteleri aşırı boyutlandırmak neden yanlış cevaptır?

Üç adet 400 MVA ana ünite tam akımda gerçek N-1 sağlar ve yaklaşık 6 milyon USD daha fazlaya mal olur, üçüncü bir hücreyi işgal eder ve her biri yaklaşık 180 kW yüksüz kayıp ekler — üçüncü ünite için yılda 1,6 GWh, beş ila on yılda bir meydana gelen bir senaryo için sonsuza dek yılda 95.000 USD. Daha kötüsü, üçüncü bir ana ünite gerçekte meydana gelen durumu düzeltmez: üçünün ikisini besleyen 220 kV hattının kaybı. Bu nedenle izabe tesisleri bunun yerine kesinti olasılığını ve süresini azaltan şeylere yatırım yapar: ayrı kuleler üzerinde çift 220 kV hat, gaz yalıtımlı 220 kV şalt ekipmanı, her ana ünite ve redresör transformatöründe çevrimiçi DGA ve sahada yedek 90 MVA redresör transformatörü. Bu paket üçüncü ana üniteden daha ucuza gelir ve hem hat kesintisini hem de transformatör kesintisini ele alır.

Bir potline kesintisi ne kadara mal olur ve transformatör spesifikasyonunu nasıl değiştirir?

4–6 saatten fazla akım kaybeden bir potline donar. Banyo yan duvarlara karşı katılaşır, metal yastık büzülür ve yeniden başlatma 288 hücrenin kazılması, katot bloklarının ve yan astarın değiştirilmesi ve yavaş bir rampa ile 50–100 kA'da yeniden başlatılması anlamına gelir — 30–45 gün ve 20–40 milyon USD, artı 336.000 t/yıl kayıp üretimin on ikiye bölünmesi. Bu rakamın karşısında, 1,3 milyon USD'lik bir transformatörde durum izleme bedavadır.

Spesifikasyon sonuçları somuttur: her redresör transformatöründe çevrimiçi çözünmüş gaz analizi (hidrojen ve asetilen eğilimleri bir arızadan haftalar önce sıcak noktayı yakalar), hesaplanan sıcak nokta yerine fiber optik sargı sıcaklığı, OLTC işlem sayımı ve motor akımı izleme ve altı AC kesiciyi 80 ms'nin altında açan bir bara diferansiyel koruma şeması; koruma felsefesi transformatör koruma cihazları bölümünde özetlenmiştir. Ana ünitelerde gereksinim, potline'ı düşürmeden baralar arasında aktarılabilen bir 220 kV bağlantıdır; bu da 33 kV tarafının kesintisiz aktarım (make-before-break) için tasarlandığı ve redresör kontrolünün akım regülasyonunu kaybetmeden 300 ms'lik bir gerilim düşümünü atlatabildiği anlamına gelir.

Kademe değiştirici gerçekte ne sıklıkla hareket eder?

Çoğu spesifikasyonun varsaydığından daha sık. 420 kA'lık bir potline, anotlar değiştirildikçe ve potlar devreden çıkarıldıkça günde 30–60 V kayar; akım regülasyon döngüsü, kademeyi her seferinde %1,25'lik bir adımda hareket ettirerek 420 kA'yı korur; bu da 1.224 V'ta adım başına 15 V'tur. Başlatma rampaları, anot etkisi bastırma ve izabe tesisinin kesilebilir bir tedarik sözleşmesi olduğu durumlarda gece yük takibi eklendiğinde, günde 30–60 işlem normaldir — yılda 20.000, 15 yıllık transformatör ömrü boyunca 300.000. Bu nedenle 300.000 işlem için derecelendirilmiş bir vakumlu OLTC, bir aksesuar değil, varlık ömrü boyunca bir bileşendir ve arıza modu (sıkışmış bir kademe) ancak redresör tristör üzerinde hâlâ ±%2 regülasyon yapabiliyorsa yönetilebilir. İnce kontrol gereksiniminin var olma nedeni budur.

Yardımcı trafo merkezi nasıl boyutlandırılır?

514 MW'lık bir potline karşısında kırk beş megavatlık yardımcı yükler küçük görünür, ancak arızalandığında üretimi durduran tesisin tam da bu kısmıdır. Gaz arıtma sisteminde bir fanın devre dışı kalması, potların kapatılması ve akımın düşürülmesi anlamına gelir; dökümhanede bir tutma fırınının devre dışı kalması ise metalin potlarda birikmesi demektir.

Yardımcı paket, her biri %90 yükte çalışan iki adet 25 MVA 33/11 kV transformatörden oluşur; bölünmüş bara düzeni sayesinde biri bakıma alınabilir. Ayrıca potline odaları ve dökümhane genelinde 1.000–2.500 kVA kapasiteli 11/0,4 kV dağıtım transformatörleri bulunur. Yardımcı yükün büyük kısmı VFD ile tahrik edilen fanlar ve kompresörler olduğundan, 0,4 kV üniteler K-faktörü sınıfında olmalı veya aktif ön uçlar üzerinden beslenmelidir — bir alüminyum tesisindeki harmonik sorunu yalnızca doğrultucularda değildir; K-faktör transformatör seçimi tam da bu noktada devreye girer.

Bir alüminyum tesisinde dökme reçine nerede kullanılmalı, nerede kullanılmamalıdır?

Dökme reçine, potline şalt odalarında ve dökümhanede, iç mekânda kullanılmalıdır; çünkü 960 °C sıcaklıktaki metalin yanında mineral yağ yangını kabul edilemez ve 11/0,4 kV üniteler küçüktür. 33 kV ve 25 MVA seviyesinde ise kullanılmamalıdır: 25 MVA'lık bir dökme reçine transformatör, kuru tip aralığının üst sınırındadır — bu sınır yağlı tip ile kuru tip transformatörler bölümünde ele alınmıştır — yağlı tip bir üniteye göre %40–60 daha pahalıdır ve makul bir gövde boyutunda kalabilmek için 100 K sıcaklık artışına sahip F sınıfı yalıtım sistemi gerektirir. Standart düzenleme, yangın duvarı ayrımı ve %6 bara bağlantı reaktörü ile birlikte dış mekânda yağlı tip 33/11 kV üniteler ve 11 kV'dan aşağısında dökme reçine kullanılmasıdır.

DC baranın kendisi transformatör ve doğrultucu paketinden ne talep eder?

420 kA'lık bara, bir transformatör tedarikçisini en sık şaşırtan tesis bölümüdür. Alüminyumdur, doğrultucu ucunda su soğutmalıdır ve herhangi bir kısa devre durumunda 2–3 MA olası arıza akımı üretir. Bundan üç gereklilik doğar.

Onlarca milisaniye içinde arıza temizleme. Doğrultucunun kendi koruması, bir DC aşırı akımını algılayıp AC devre kesiciyi 80 ms'nin altında açmalıdır; transformatör ise bunun sonucunda oluşan elektromanyetik kuvvetlere dayanmalıdır. Bu nedenle sargı, sürekli transpoze iletken ile ve genel bir 25 kA testi yerine gerçek grup empedansında kısa devre testi şartıyla belirtilir.

Topraklanmamış DC sisteminde toprak arızası algılama. Potline topraklanmamıştır — tek bir toprak arızası 514 MW'ı durdurmamalıdır. DC bara üzerinde yalıtım izleme ile birlikte, toprağa karşı tam DC gerilimi için yalıtılmış bir transformatör LV sargısı (1,2 kV DC artı geçici aşırı gerilimler) gereklidir. LV sargıyı 690 V dağıtım sargısı gibi değerlendiren tedarikçiler, bu testi ilk yıl içinde geçemez.

Ortak mod gürültüsü. Doğrultucunun anahtarlaması, transformatör kapasitansı üzerinden 33 kV sistemine ve kontrol elektroniğine geri dönen ortak mod gerilimleri üretir. Yukarıda belirtilen elektrostatik perde bunu engeller; perde olmadan doğrultucunun kendi akım regülasyon elektroniği, tesisteki en büyük hatalı açma kaynağı haline gelir.

Yılda 8.000 saatte hangi kayıpları sermayeleştirmelisiniz?

Bir alüminyum tesisi yılda 8.500 saat, %96–98 kullanılabilirlikle çalışır; bu nedenle kayıp sermayeleştirmesi bir ihale formalitesi değildir. Bu grupta:

20 yıl boyunca %6 iskonto ile yılda 1,05 milyon USD, yaklaşık 12 milyon USD'lik bir bugünkü değere karşılık gelir — bu da kabaca altı transformatörün satın alma fiyatıdır. Bu nedenle bir izabe tesisindeki ihale değerlendirmesi kayıplara puanın %30–40'ı ağırlığını verir ve bu nedenle 320 kW yerine 340 kW yük kaybı teklif etmek, daha düşük fiyatta bile bir siparişi kaybettirebilir. Bu aynı zamanda kaybın konvertör görevi altında garanti edilmesi gerektiğinin de nedenidir: sinüzoidal bir testte 320 kW garanti edip redresör yükünde 380 kW teslim eden bir tedarikçi, izabe tesisine hiçbir garanti maddesinin karşılamayacağı yılda 320.000 USD'lik bir sürpriz yaşatmış olur.

Üçüncü bir ana transformatör yerine daha verimli bir ana transformatör mü satın almalısınız?

Evet. Her biri 180 kW boşta kayıp ve 900 kW yük kaybına sahip iki adet 400 MVA ana transformatör, kayıplarda yılda yaklaşık 1,1 milyon USD'ye mal olur. Bu boyuttaki ünitelerde geleneksel tane yönlendirilmiş çekirdekten yüksek kaliteli veya amorf çekirdeğe geçmek pratik değildir, ancak en düşük kayıplı ekonomik tasarımı belirtmek ve 0,06 USD/kWh üzerinden değerlendirmek tipik olarak fiyatın %3–4'ü karşılığında kaybın %15–20'sini geri kazandırır. 400 MVA'lık bir ünitede, 150 kW tasarruf edilen yük kaybı yılda 72.000 USD'dir; bu da iki yılın altında bir geri ödeme demektir.

Transformatör şartname sayfası neleri içermelidir?

İhaleyi belirleyen sırayla on dört madde:

En pahalıya mal olan beş şartname hatası nedir?

1. IEC 60076-1'e (±%7,5) göre belirtilen empedans toleransı. Üç fabrikadan gelen altı ünite veya normal üretim dağılımına sahip tek bir fabrika bile akımı paylaşamaz. Belirti ikinci yılda, bir ünitenin komşularından 12 K daha sıcak çalışması olarak ortaya çıkar; çözüm yeniden sargı veya grupta kalıcı bir akım sınırlamasıdır.

2. Sinüzoidal akımda ölçülen kayıp. Konvertör görevi, sargıdaki yük kaybına %15–20, yapısal parçalarda daha fazlasını ekler. Spektrumu belirtmeden 320 kW diyen bir garanti, garanti değildir.

3. Elektrostatik ekran yok. Fiyatın yaklaşık %1,5'ini tasarruf ettirir ve yıllarca açıklanamayan redresör kontrol açmalarına ve kimsenin izini süremediği 33 kV ortak mod gürültüsüne yol açar.

4. Yalnızca tristör ile gerilim kontrolü. Bir OLTC maliyeti kadar daha ucuzdur ve güç faktörünün %1–2'sini ve kademe değiştiricinin önleyeceği harmonikler için boyutlandırılmış bir filtre bankını feda eder. 567 MW'ta, güç faktörünün %1'i birçok tarifede yılda 300.000 USD reaktif ücret demektir.

5. Standart dağıtım transformatörü kısa devre dayanımı. DC bara arızası grup başına 500 kA ve toplamda 2–3 MA'dır; genel IEC seviyesinde tasarlanıp test edilen bir sargı ilk gerçek arızada deforme olur ve bu deformasyon, iki yıl sonra DGA asetilen gösterene kadar görünmez kalır.

Pota hattını zorlamadan bir redresör transformatörü nasıl devreye alınır?

Devreye alma, pota hattı başlatılmadan önce gerçekleşir; bu nedenle grup, kademeli akımla bir su reostasına veya kısa devre barasına karşı test edilir: anma DC akımının %10, %25, %50, %75 ve %100'ü, her biri sargı sıcaklığını stabilize etmek için gereken süre boyunca tutulur. Önemli olan testler, ünite sorunundan ziyade bir grup sorununu ortaya çıkaran testlerdir.

Paylaşım testi, hem fabrikada hem de sahada ısrar edilmesi gereken testtir; çünkü üniteyi değil grubu kanıtlayan tek test budur. Bir tedarikçi her bir bireysel garantiyi karşılayıp yine de paralel çalışmayan altı transformatör teslim edebilir; yeniden çalışma ise pota odasında, yükseklikte, florür atmosferinde ve pota hattı beklerken yapılır.

Kaynaklar / 资料来源

Kaynak: IEC 61378-1 — Dönüştürücü transformatörler, Bölüm 1: Endüstriyel uygulamalar için transformatörler.
Kaynak: IEC 60146-1-1 — Yarı iletken dönüştürücüler: genel gereksinimler ve hat komütasyonlu dönüştürücüler.
Kaynak: IEC 60076-1 — Güç transformatörleri: genel.
Kaynak: IEC 60076-2 — Güç transformatörleri: sıvı daldırmalı transformatörler için sıcaklık artışı.
Kaynak: IEC 60076-3 — Güç transformatörleri: yalıtım seviyeleri, dielektrik testler ve havadaki dış açıklıklar.
Kaynak: IEC 60076-5 — Güç transformatörleri: kısa devreye dayanma yeteneği.
Kaynak: IEC 60076-7 — Güç transformatörleri: mineral yağ daldırmalı güç transformatörleri için yükleme kılavuzu.
Kaynak: IEC 60076-11 — Güç transformatörleri: kuru tip transformatörler.
Kaynak: IEEE 519 — Elektrik güç sistemlerinde harmonik kontrol için önerilen uygulama ve gereksinimler.
Kaynak: IEC 61936-1 — 1 kV AC ve 1,5 kV DC'yi aşan güç tesisleri: ortak kurallar.
Kaynak: GB/T 6451 — Üç fazlı yağ daldırmalı güç transformatörleri için teknik parametreler ve gereksinimler.
Kaynak: QDTB Mühendislik Ekibi — metal, endüstriyel ve altyapı projelerine yağ daldırmalı ve dökme reçine transformatör tedariki, 2015–2025 (burada belirtilen hücre gerilimleri, talep faktörleri, empedans dağılımları, kayıp kapitalizasyon oranları, fiyat aralıkları ve teslim süreleri yayımlanmış standartlar değil, sektör deneyim değerleridir).