В Лагосе, в прибрежной производственной зоне, новое цементное производство требовало 2 МВА распределительной мощности в течение шести недель и на месте, где существует проблема затопления в сезон дождей. Техническим решением является не здание, а наружная сборная подстанция, нержавеющая стальная установка с защитой IP55, которая поднята на 800 мм над землей, resting на горячепоцинкованной основе, протестированной на заводе с трансформатором и распределительным оборудованием, транспортированной в контейнере и введенной в эксплуатацию за четыре дня. Пять лет спустя после строительства объекта, в течение двух сезонов дождей, установка работала надежно без сбоев из-за влаги.
Статья даст обзор наружных сборных подстанций, объяснит их роль в современном электротехническом проектировании и строительстве, а также предоставит информацию о их дизайне, цене и спецификациях, необходимых при покупке.
Краткий ответ: Внешняя модульная подстанция (также называемая компактной или блочной подстанцией) представляет собой наружную электрическую сборку, изготовленную на заводе, состоящую из трансформатора и единиц MV/LV распределительного оборудования, учета и защиты, все заключенное в корпус IP54/IP55, изготовленный в соответствии с IEC 62271-202. Она может быть установлена на улице, так как корпус был протестирован на устойчивость к дождю и пыли, ультрафиолетовым лучам и является полноценной установкой с некоторыми уже проведенными испытаниями, такими как тепловое испытание, испытание на удар и электрические испытания.
Что такое наружная сборная подстанция?
Сборная наружная подстанция известна как подстанция MV/LV распределения, которая является целым блоком и устойчива к погодным условиям, транспортируемая и предназначенная для установки на улице без необходимости в здании, окружении или каком-либо другом корпусе. Трансформатор и другие важные компоненты находятся внутри стальных или нержавеющих материалов и работают в соответствии с IEC 60529, что означает, что они предлагают хороший уровень прочности в соответствии со стандартами IP54 и IP55. Технические аспекты оборудования указаны в IEC 62271-202, который определяет требования к проектированию и безопасности. Факт использования термина “наружный” для этой конструкции имеет решающее значение, так как это означает, что корпус должен противостоять различным элементам: от прямых солнечных лучей до экстремальных температур и потенциально вредных погодных воздействий. Наружные сборные подстанции являются самой быстрорастущей частью распределительных инфраструктур, так как они предлагают готовые к использованию станции в течение нескольких дней, что несравнимо с подстанциями, построенными на заводе, которые могут занять много времени для производства.
Почему это ключевая сила в энергетической инфраструктуре
Четыре структурные изменения привели к появлению и преобладанию наружных сборных подстанций как важной силы в текущей энергетической инфраструктуре.
- Скорость электрификации: Коммунальные службы и правительства требуют, чтобы новая мощность устанавливалась быстрее, чем это могут сделать станции, построенные на месте. Действительно, предварительно изготовленное электрическое устройство становится оперативным всего за 2–5 дней, в то время как на строительство станций на месте может уйти до 12 недель.
- Давление на стоимость: Исключение гражданских работ и зданий, а также координация строительства позволяет снизить общую стоимость установки до 40%.
- Децентрализация сети: Появление возобновляемых источников энергии, распределенной энергии и зарядных пунктов для электромобилей привело к появлению тысяч новых средних подключений и подстанций со стандартизированными параметрами.
- Доступность и стоимость квалифицированной рабочей силы: Существует нехватка квалифицированной рабочей силы, а заводское производство позволяет проводить контроль качества в контролируемой среде.
Эти факторы демонстрируют, почему предварительно изготовленные подстанции используются в большинстве вновь построенных точек распределения MV/LV по всей Европе, Азии, на Ближнем Востоке и в Африке, что приводит к постепенной замене станций, построенных на месте, даже в местах, где земля дешева.
Инженерия на открытом воздухе: Корпус и защита
Оставаться в естественной среде более двадцати пяти лет — это техническая задача сама по себе. Дизайн корпуса — это то, что отличает хороших производителей от других:
| Элемент дизайна | Требование | Почему это важно |
|---|---|---|
| Рейтинг IP | Минимум IP54; IP55 для высокого риска водяного распыла | Защищает от дождя и пыли в живых отсеках |
| Крыша и дренаж | Выступающая крыша, дренажный канал, герметичные прокладки | Предотвращает попадание воды через двери и швы крыши |
| Основание | Горячее оцинкование, поднятое на 500–800 мм | Выдерживает наводнения, коррозию и влажность грунта |
| Вентиляция | Защищенные, фильтрованные решетки; IP-рейтинговый воздушный поток | Охлаждает трансформатор, не пропуская дождь или насекомых |
| Материалы | Покрытый углеродной сталью, нержавеющей сталью или GRP/композитом | Нержавеющая/композитная сталь для прибрежных и коррозионных участков |
| Устойчивость к УФ-излучению и соли | Морские системы покраски, анодированные детали | Предотвращает выцветание, ржавчину и коррозию от соляного распыла |
| Антиконденсация | Обогреватели, термостаты, воздухоотводчики | Останавливает внутреннюю конденсацию в влажном климате |
Такие детали, как выступ крыши, дренажные каналы, фильтрованные решетки и оцинкованные основания, являются ключевыми аспектами, определяющими, останется ли устройство сухим до пятнадцати лет или начнет протекать после двух лет эксплуатации. Тем покупателям, которые проживают в прибрежных или пустынных районах или в тропиках, следует рассматривать их как обязательные требования.
Внутреннее расположение и компоненты
Классическая предварительно изготовленная подстанция на открытом воздухе состоит из трех или четырех отсеков, разделенных перегородками и открываемых отдельными дверями.
- MV отсек содержит RMU или вакуумный выключатель с кабельными коробками, обеспечивающими передние блокировки и индикаторы с легким доступом.
- Отсек трансформатора содержит либо трансформатор с масляным погружением, либо сухой тип трансформатора с масляными резервуарами и системой принудительной вентиляции с сигнализациями.
- LV отсек содержит LV распределительный щит, измерительное оборудование, выходные линии и иногда конденсаторную батарею.
- Вспомогательная зона содержит обогрев, освещение и контрольные проводки, распределенные по всем отсекам.
Система распределения отсеков спроектирована таким образом, что самое горячее оборудование (трансформатор) расположено в вентилируемом отсеке, в то время как отсек с выключателями работает при своей номинальной температуре и изолирует любые внутренние неисправности. Запирание дверей делает невозможным доступ оператора к отсеку трансформатора, пока среднее напряжение включено.
Типы и конфигурации
| Классификация | Варианты | Типичное применение |
|---|---|---|
| Материал шкафа | Покрытая сталь, нержавеющая сталь, GRP/композит | Прибрежные/коррозионные участки используют нержавеющую или композитную сталь |
| Средневольтное оборудование | RMU (SF6 или с твердой изоляцией), выключатель нагрузки, вакуумный выключатель | RMU для кольцевых/петлевых сетей; выключатель для крупных промышленных подач |
| Трансформатор | Масляные или сухие | Сухой тип для помещений/чувствительных к огню; масло для общего использования на открытом воздухе |
| Конфигурация | Одно устройство, тандем (разделенный выключатель/трансформатор), мини-подстанция | Соответствует площади участка и распределению нагрузки |
| Монтаж | Установленный на земле, установленный на раме, приподнятый пьедестал | Приподнятый/на раме для зон затопления и перемещения |
В случае солнечных и ветровых электростанций предлагаются уличные сборные подстанции в виде предварительно собранных блоков под инверторными станциями, а для участков, подверженных наводнениям, фирмы предоставляют конструкции с приподнятой опорой, где весь блок размещен выше максимального уровня воды.
Стандарты и тестирование
| Стандарт | Объем | Проверка ключевого покупателя |
|---|---|---|
| IEC 62271-202 | Заводские трансформаторные подстанции | Испытания полного типа: повышение температуры, короткое замыкание, диэлектрик |
| IEC 60076 | Электрические трансформаторы | Номинал трансформатора, потери, рутинные/типовые испытания |
| IEC 60529 | Защита оболочки IP | IP54/IP55 минимум для уличных устройств |
| IEC 62271-200 | MV металлические закрытые распределительные устройства | Требования к безопасности RMU и внутренней дуги |
| IEEE C57.12.27 (Северная Америка) | Целостность оборудования на подставке | Конструкция с мертвой передней частью и защита от вмешательства |
Наиболее значительным тестом является тест на повышение температуры IEC 62271-202 с собранным корпусом, который продемонстрирует, что устройство способно достичь своей номинальной мощности в реальных условиях на открытом воздухе. Некоторые производители тестируют трансформаторы только как единицу; эта разница станет очевидной в эксплуатации в жарком климате через ускоренное старение, срабатывание и т.д.
Уличные сборные подстанции против подстанций, построенных на месте
| Фактор | Уличные сборные | Подстанция, построенная на месте |
|---|---|---|
| Строительство | Корпус, изготовленный на заводе | Строительство на месте из кирпича/бетона |
| Время установки | 2–5 дней | 4–12 недель |
| Испытания | Заводская полностью испытанная единица | Собранная на месте, частично непроверенная |
| Общая установленная стоимость | 20–40% ниже типично | Более высокие гражданские работы и трудозатраты |
| Перемещение | Да — поднять и переместить | Нет |
| Площадь земельного участка | 10–40 м² | 100+ м² с доступом |
| Устойчивость к наводнениям | Варианты приподнятого пьедестала | Зависит от места |
| Лучше всего для | Новые точки распределения MV/LV | Станции уровня передачи и очень крупные станции |
Полевая конструкция станций остается актуальной для значений выше 40,5 кВ и для крупных распределительных центров; однако, ниже этого значения, преобладает альтернативный вариант с предварительной сборкой благодаря более быстрой, экономически эффективной и качественной конструкции по сравнению с полевым строительством.
Области применения
- Распределение в городских и деловых средах: Жилые районы, торговые центры и коммерческие здания имеют низкие требования к земле и могут быть быстро подключены к электросети.
- Производственные зоны: Один блок для каждой фабрики или кластера; блоки могут использоваться в диапазоне 400–1600 кВА.
- Возобновляемые источники: Солнечные и ветровые электростанции используют множество модульных блоков в качестве интерфейсов между инвертором и электросетью.
- Электрификация сельских районов: Малые энергетические блоки обеспечивают деревни электричеством по значительно более низким ценам, чем традиционные источники.
- Горнодобывающая промышленность и удаленные территории: Высококачественные портативные блоки, когда возможности установки в районе ограничены.
- Аварийное восстановление и мобильная энергия: Легко перемещаемые портативные блоки компенсируют потери в мощности энергетических систем.
Затраты и ценовые диапазоны
Следующие цены являются ориентировочными для наружных предварительно собранных подстанций (RMU, трансформатор масляного типа, низковольтная панель, стальной шкаф IP54):
| Рейтинг | Класс напряжения | Типичная цена (USD) | Срок поставки |
|---|---|---|---|
| 100–315 кВА | 10–35 кВ | $4,000–$12,000 | 6–12 недель |
| 400–630 кВА | 10–35 кВ | $7,000–$20,000 | 6–12 недель |
| 800–1,250 кВА | 10–35 кВ | $11,000–$33,000 | 8–14 недель |
| 1,600–2,500 кВА | 10–35 кВ | $24,000–$60,000 | 10–18 недель |
Имеется увеличение на 15–30% для корпусов из нержавеющей стали или композитов, 10–20% для сухих трансформаторов и $800–$3,000 для обновлений SCADA. Указанные цены являются ценами FOB и могут варьироваться в зависимости от спецификаций, бренда и места закупки; поэтому мы настоятельно рекомендуем анализировать потери на протяжении всего жизненного цикла актива перед принятием каких-либо решений.
Топ бренды и сравнение цен
| Бренд | Страна | Преимущества компактных подстанций | Указательная цена — 1,000 кВА (USD) |
|---|---|---|---|
| Schneider Electric | Франция | Интеграция RMU, глобальный компактный диапазон подстанций | $22,000–$38,000 |
| Сименс | Германия | Цифровые опции, интегрированные системы защиты | $23,000–$40,000 |
| ABB / Hitachi Energy | Швейцария | Широкий портфель, сильные ссылки на коммунальные услуги | $22,000–$39,000 |
| Итон | США | Преимущества подземного монтажа и североамериканского рынка | $20,000–$36,000 |
| ZPUE / AUSY (специалисты) | Европа | Специализированное проектирование сборных подстанций | $22,000–$45,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | Устройства IEC 62271-202, варианты с маслом/сухие, OEM | $11,000–$33,000 |
Глобальные лидеры обеспечивают надежность бренда, развитые продуктовые линии и глобальные сервисные сети. Jiangsu Subian Electric Power удовлетворяет спрос на недорогие решения. Компания предлагает наружные предварительно собранные подстанции в соответствии со стандартами IEC 62271-202 с трансформаторами масляного или сухого типа и распределительными устройствами в корпусе IP54 для 40–55% по европейским ценам. Такое предложение делает Jiangsu Subian Electric Power достойным кандидатом для EPC-компаний, коммунальных служб и застройщиков, ищущих компактные подстанции для реализации на большом количестве объектов.
Как выбрать и специфицировать
- Начните с определения нагрузки в кВА, учитывая план роста; убедитесь, что пик нагрузки работает на уровне 60–80% от мощности трансформатора.
- Узнайте о напряжении сети и типе схемы (кольцевая, радиальная, двойное питание), чтобы определить, следует ли выбирать RMU или распределительное устройство.
- Выберите корпус в зависимости от типа окружающей среды: окрашенная сталь должна использоваться для дружелюбных мест, в то время как нержавеющая сталь или композит следует рассматривать для прибрежной или коррозионной среды.
- Выбирайте трансформаторы в зависимости от пожарной безопасности: масляный трансформатор подходит для открытых мест, в то время как сухой трансформатор полезен для мест, подверженных рискам возгорания.
- Убедитесь, что проведены испытания блока IEC 62271-202, такие как испытание на повышение температуры с установленным корпусом.
- Подтвердите механизмы защиты от наводнений и климатических условий (поднятый пьедестал, класс защиты IP55, использование обогревателей против конденсации).
- Применяйте системы мониторинга и сигнализации в случаях, когда объект не обслуживается.
- Сравните на основе понесенных убытков и получите график заводских испытаний на заводе.
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит наружная сборная подстанция?
Устройство мощностью 400-1000 кВА может стоить от $7000 до $33000 в зависимости от требуемого оборудования и материала корпуса, а также уровня потерь. Устройство мощностью 1600-2500 кВА обойдется вам примерно в $24000-$60000. Имейте в виду, что на нержавеющую сталь потребуется дополнительно около 15-30%, а на сухие трансформаторы — около 10-20%. Кроме того, мониторинг добавит к стоимости около $800-$3000. Убедитесь, что вы сравниваете общие затраты, включая потери.
Сколько времени занимает установка?
Обычно установка подготовленного основания занимает от 2 до 5 дней, включая подъем конструкции краном, ее закрепление, выполнение кабельных соединений и ввод в эксплуатацию. Для сравнения, установка обычной подстанции может занять от 4 до 12 недель. Преимущество заводских испытаний заключается в относительной редкости проблем с вводом в эксплуатацию, если кабели и основание на месте соответствуют чертежам.
Может ли наружная сборная подстанция выдержать наводнения и морскую соль?
Да, при условии, что она правильно спроектирована. Устройство, предназначенное для использования в зонах затопления, оснащено поднятыми пьедесталами или установкой на подставке на высоте 500-800 мм над уровнем земли. Для прибрежных районов и зон с коррозионной средой будет использоваться корпус из нержавеющей стали или композитный корпус с морскими покрытиями. Также важно установить класс защиты IP55, если существует возможность сильного воздействия водяного распыла.
В чем разница между наружной сборной подстанцией и трансформатором на основании?
Оба типа установок можно классифицировать как региональные аналоги. IEC 62271-202 определяет наружную сборную подстанцию как систему, которая объединяет MV оборудование, трансформатор и LV оборудование в одном устройстве, и она широко используется в Европе, Азии и Африке. IEEE C57.12.27 определяет трансформатор на основании, который является чисто трансформатором без какого-либо оборудования. Решение должно основываться на местных стандартах и требованиях к переключению.
Какие испытания я должен запросить перед приемкой блока?
Я бы рекомендовал заказать рутинные испытания, которые указаны в IEC 60076, и протестировать оборудование, а также испытания типа IEC 62271-202, которые включают серию испытаний, таких как испытание на повышение температуры и диэлектрические испытания. Если это экспортный заказ, я бы потребовал организовать свидетельство о заводских испытаниях и предварительную инспекцию перед отгрузкой.
Ссылки
- IEC 62271-202 — Высоковольтное оборудование: Заводские трансформаторные подстанции — регулирующий стандарт для проектирования, безопасности и типового испытания наружных сборных подстанций.
- Серия IEC 60076 — Электрические трансформаторы — базовый стандарт для трансформаторов, установленных внутри устройства.
- IEC 62271-200 — MV металлическое закрытое оборудование — требования к RMU и отсеку выключателя.
- IEC 60529 — Код IP — определяет классы защиты IP54/IP55 для наружного использования.
- IEEE C57.12.27 — Целостность корпуса оборудования на площадке — требования Северной Америки к мертвым фронтам и защите от вмешательства.
- NEMA — Руководство по распределительному оборудованию — руководство по применению и классификации для оборудования компактных подстанций.
- Jiangsu Subian Electric Power — официальный сайт — производитель и экспортер IEC 62271-202 наружных сборных подстанций.
Заключение
Наружные предварительно собранные подстанции становятся необходимыми в современной энергетической инфраструктуре, поскольку они предоставляют все, что современная промышленность ожидает в терминах высокой скорости, экономии затрат, заводского качества и долговечности. Полностью оборудованная подстанция (трансформатор, СВ и НВ оборудование, устройства защиты и учета) поставляется с предварительным тестированием и может быть установлена всего за несколько дней вместо месяцев.
Основные советы:
- Убедитесь, что размеры станции рассчитаны на максимальную нагрузку с учетом мощности трансформатора около 60-80%.
- Выберите RMU или выключатель в соответствии с проектом сети.
- Выберите материал и класс защиты IP трансформатора в зависимости от условий на месте (использование нержавеющей стали/композитов и IP55 для прибрежных и влажных регионов).
- Требуйте полные испытания единицы IEC 62271-202, особенно с установленным коробом.
- Сравните потери в машинах и требуйте подтвержденные испытания на заводе для экспорта.