Základná logika
Zatiaľ čo domáce mestské projekty zvyčajne umožňujú kapacitnú rezervu 10 až 20 %, africké distribučné siete vyžadujú zvýšenie na 20 až 30 %. Nie je to spôsobené príliš konzervatívnym dizajnom, ale skôr povinným technickým obmedzením diktovaným kombináciou charakteristík zaťaženia, podmienok siete, klímy a reality prevádzky a údržby. Existuje na to päť hlavných dôvodov:
1. Rýchly rast mestskej záťaže a vážny nedostatok plánovacích údajov
Mnohým africkým mestám chýbajú komplexné prieskumy zaťaženia a údaje týkajúce sa poradia-rozvoja pozemkov.
Rýchla urbanizácia vedie k nekontrolovanému nárastu zaťaženia z obytných oblastí a malých{0}}komerčných/priemyselných sektorov, pričom skutočné zaťaženie často presahuje pôvodné plánovacie prognózy;
Nárast nových žiadostí o pripojenie elektriny od komerčných subjektov a malých tovární; cykly rozširovania kapacity a modernizácie sú však dlhé, čo sťažuje zvýšenie kapacity transformátora v krátkodobom horizonte po uvedení jednotky do prevádzky;
Ak je povolená len 10% rezerva, dôjde k trvalému preťaženiu už v priebehu 2–3 rokov prevádzky. Marža 20 – 30 % predlžuje životnosť transformátora a znižuje potrebu-dodatočnej montáže na mieste.
2. Vysoko-teplotné prostredia majú za následok skutočné zníženie kapacity (kritický faktor)
Menovité kapacity transformátorov IEC sú kalibrované na základe okolitej teploty +40 stupňov . V mnohých afrických mestách dosahujú maximálne letné teploty 45–50 stupňov:
Na každý 1 stupeň, o ktorý okolitá teplota prekročí 40 stupňov, klesne výstupná kapacita transformátora ponoreného v oleji- približne o 1 %;
Ak je letná okolitá teplota 50 stupňov, transformátor účinne podstúpi zníženie výkonu o približne 10 %;
Nominálne môže byť transformátor dimenzovaný na 20 MVA, ale jeho skutočná využiteľná kapacita pri vysokých teplotách je len asi 18 MVA. Bez 20% – 30% rezervy čelí transformátor priamemu preťaženiu počas špičkových období, čo vedie k prehriatiu vinutia, zrýchlenému starnutiu izolácie a výrazne vyššiemu riziku zlyhania-vypínania.
3. Kolísanie sieťového napätia a efekty preťaženia reťazca
Horné 33kV siete v Afrike sú často slabé a často trpia nízkym napätím:
Pri poklese napätia sa zvyšuje prúd na strane transformátora pri rovnakom zaťažení činným výkonom;
Zvýšený prúd vedie k väčšiemu vývinu tepla vinutia, čím sa efektívne spotrebuje viac kapacity transformátora;
Nízke napätie, ktoré sa zhoduje so špičkovým letným zaťažením (poháňaným vysokými teplotami), predstavuje dvojité zaťaženie dostupnej kapacity transformátora.
4. Požiadavky na nepredvídané udalosti N-1 (konfigurácia duálneho hlavného transformátora)
Mestské distribučné rozvodne v Afrike zvyčajne pracujú s dvoma hlavnými transformátormi v konfigurácii N-1: ak jeden zlyhá alebo je odpojený z dôvodu údržby, druhý musí dočasne prenášať väčšinu kritického zaťaženia rozvodne.
Príklad: 2 × 16 MVA transformátory
Za normálnych podmienok každý nesie 60–70 % zaťaženia;
Ak sa jedna jednotka odpojí, zostávajúca jednotka musí niesť takmer celú záťaž rozvodne; bez vopred vyhradenej rezervy 20 – 30 % by transformátor čelil vážnemu preťaženiu počas nepredvídaných udalostí, čo by mohlo rozšíriť rozsah výpadku napájania.
Poznámka: Týka sa to krátkodobého-núdzového preťaženia; aj keď to nemôže vydržať donekonečna, zariadenie musí byť schopné to vydržať.
5. Slabé O&M schopnosti a nedostatok podmienok pre včasnú údržbu/rotáciu
V domácom prostredí je možné skoré príznaky preťaženia riešiť rýchlym odoslaním, odľahčením záťaže alebo rýchlou výmenou transformátora.
Praktické obmedzenia v afrických projektoch zahŕňajú:
Nedostatok náhradných dielov, dopravy a zdvíhacích zdrojov; cykly výmeny transformátora môžu ľahko trvať mesiace;
Nedostatočný-personál O&M na mieste, čo sťažuje presné odoslanie nákladu;
Často neexistuje spôsob, ako rýchlo znížiť zaťaženie ani po vydaní varovania pred preťažením;
Rezervácia väčšej marže efektívne obchodujekapacita zariadenia na odolnosť voči prevádzkovým poruchám, čím sa znižuje riziko výpadkov napájania.
Doplňujúca poznámka: Kedy možno použiť spodnú hranicu 20 % namiesto 30 %?
Profil zaťaženia je vyspelý a stabilný, s nízkym podielom priemyselného a komerčného dopytu;
Miesto je v nízkej nadmorskej výške s maximálnou okolitou teplotou 43 stupňov alebo menej;
Údaje o zaťažení boli dôkladne preskúmané a rozvoj miest je predvídateľný a kontrolovaný.
Riziká nedostatočnej marže
1. Trvalé preťaženie počas letných špičiek a predĺžená prevádzka nad menovitými teplotami oleja vedie k rýchlej degradácii izolácie a predčasnému zlyhaniu transformátora;
2. Nehoda N-1 spôsobuje vážne preťaženie jedného hlavného transformátora, spúšťanie ochrany a rozsiahle výpadky napájania pre 11kV zákazníkov;
3. Napätie ďalej klesá, čo spôsobuje pokles napätia 11 kV na prípojnici mimo prípustné limity a poškodenie zariadenia zákazníka;
4. Nútená inštalácia ďalších transformátorov len 2–4 roky po uvedení do prevádzky, čo má za následok vysoké sekundárne náklady na stavebné práce a vybavenie.
Referenčné porovnanie
Čínske mestské distribučné siete: 10% – 20% marža (priaznivé podmienky prostredia, presné predpovedanie zaťaženia, robustné O&M);
Africké tropické mestské distribučné siete: 20 % – 30 % marža (vysoké teploty, nepresné predpovede, slabá sieťová infraštruktúra, obmedzené možnosti O&M).
Pri plánovaní projektu,Henan Xintailongvypočítava špecifikácie pre 33/11 kV projekty v Afrike kumulatívnym zohľadnením environmentálneho zníženia výkonu, scenárov N- 1 nepredvídaných udalostí a dlhodobého rastu zaťaženia. Overujú skutočnú využiteľnú kapacitu transformátora, aby zabezpečili efektívnu rezervnú rezervu 20 % – 30 %, namiesto jednoduchého percentuálneho zvýšenia menovitého štítku.
