In einem früheren Artikel haben wir kurz über die Auswahl der Anzahl der Transformatoren in Umspannwerken gesprochen. In diesem Artikel wird näher untersucht, wie die Anzahl der für eine Unterstation erforderlichen Transformatoren bestimmt werden kann.
Ⅰ. Bestimmung der Anzahl anhand der Last
Die Belastung der Transformatoren wird hauptsächlich durch die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und die möglichen Verluste oder Auswirkungen von Stromausfällen bestimmt.
1、Primärlast:
Primärlasten sind solche, bei denen Stromunterbrechungen erhebliche politische und wirtschaftliche Verluste oder Auswirkungen verursachen können. Zum Beispiel die diebstahlsichere Stromversorgung für ein großes Museum. Wird die Stromversorgung unterbrochen, kann dies zum Diebstahl wertvoller Kulturgüter und Ausstellungsstücke führen. Unter solchen Bedingungen sind mindestens 2 Transformatoren erforderlich, um sicherzustellen, dass bei Ausfall eines Transformators oder einer Leitung die anderen Transformatoren oder Leitungen die Last übernehmen können und so eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleistet ist.
2、Sekundärlast:
Sekundäre Lasten sind solche, bei denen Stromausfälle erhebliche politische und wirtschaftliche Verluste oder Auswirkungen verursachen können. So können beispielsweise Stromausfälle in großen Theatern und Einkaufszentren, die wichtige öffentliche Orte mit großen Menschenmengen sind, zu Unruhen führen. Sekundärlasten erfordern in der Regel Ersatzstrommaßnahmen, sind aber nicht so streng wie Primärlasten. Im Allgemeinen werden 2 Transformatoren verwendet, ein Haupttransformator und ein Reservetransformator.
3、Tertiärlast:
Tertiärlasten beziehen sich auf andere Stromlasten, die nicht in die primären und sekundären Kategorien fallen. Beispielsweise benötigen einige nicht kritische gewerbliche Einrichtungen, die keine besonderen Anforderungen an die Stromversorgung stellen und längere Stromausfälle verkraften können, in der Regel nur einen Transformator.
4、Andere Lasten:
Neben den oben genannten Lasttypen gibt es noch andere Arten von Lasten. So ändern sich zum Beispiel saisonale Lasten aufgrund von jahreszeitlichen Schwankungen, die in der Regel mit dem Klima und der Temperatur zusammenhängen; konzentrierte Lasten treten auf, wenn sich eine große Menge des Strombedarfs auf einen einzigen Transformator oder ein einziges Umspannwerk konzentriert, häufig in Industriegebieten mit hohem Strombedarf. Für diese Arten von Lasten sollten mindestens 2 Transformatoren installiert werden.
Ⅱ. Bestimmung der Anzahl auf der Grundlage von Spannungspegeln
1、Niederspannung:
Umspannwerke mit einer Spannung von 1 kV oder weniger gelten als Niederspannungsumspannwerke, die hauptsächlich lokale Lasten wie kleine Fabriken und Wohngebiete versorgen. In diesen kleinen Umspannwerken wird in der Regel 1 Transformator installiert. Für Szenarien mit hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung kann ein Ersatztransformator in Betracht gezogen werden.
2、Mittelspannung:
Umspannwerke mit Spannungen von 1kVA bis 35kVA gelten als Mittelspannungsumspannwerke, die hauptsächlich in städtischen Netzen und in den Verteilungssystemen von Industrie- und Bergbauunternehmen eingesetzt werden. In der Praxis werden in Mittelspannungs-Umspannwerken in der Regel 1-2 Transformatoren installiert.
3、Hochspannung:
Umspannwerke mit Spannungen von 35kV bis 220kV sind Hochspannungsschaltanlagen, die als Hauptleitungen für die Stromübertragung dienen und Strom von Kraftwerken in weit entfernte Stromverbrauchsgebiete übertragen können. In der Praxis werden in Hochspannungsumspannwerken in der Regel 2-3 Transformatoren installiert. Um die Zuverlässigkeit und Flexibilität der Stromversorgung zu gewährleisten, wird allgemein empfohlen, mindestens 2 Transformatoren zu installieren.
4、Höchstspannung:
Umspannwerke mit Spannungen von 220kVA bis 765kVA gelten als Höchstspannungsumspannwerke (EHV), die hauptsächlich für die Stromübertragung über weite Entfernungen und für die Backb1 von großen Stromnetzen verwendet werden. In der Praxis werden in Höchstspannungsschaltanlagen in der Regel 3-4 Transformatoren installiert, wobei die Anzahl der Transformatoren je nach Bedarf variiert. Die redundante Auslegung (z. B. N+1 oder N+2) ist eine wichtige Maßnahme, um eine hohe Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten.
5、Ultrahochspannung:
Umspannwerke mit einer Spannung von 1000 kVA oder mehr gelten als Ultrahochspannungsanlagen (UHV), die hauptsächlich für die Stromübertragung über sehr große Entfernungen und internationale Netzverbindungen verwendet werden. In der Praxis werden in Ultrahochspannungsschaltanlagen mindestens 4 Transformatoren installiert, wobei die Anzahl der Transformatoren je nach dem tatsächlichen Bedarf variiert. Zusätzliche Transformatoren werden für Redundanz und Backup installiert.
6、Hochspannungs-Gleichstrom:
Gleichstrom-Umspannwerke werden in der Regel für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (HGÜ) eingesetzt, die für die Fernübertragung, Seekabelverbindungen und spezielle Stromanwendungen verwendet werden. In der Praxis werden in Hochspannungs-Gleichstrom-Umspannwerken in der Regel 4-6 Transformatoren installiert. Zusätzliche Transformatoren werden für Redundanz und Backup installiert.
7、Ultrahochspannungs-Gleichstrom:
Ultrahochspannungs-Gleichstrom-Umspannwerke (UHVDC) werden in der Regel für die Stromübertragung über große Entfernungen und mit hoher Kapazität eingesetzt, z. B. für internationale Strombörsen oder die Fernübertragung. In der Praxis werden in UHVDC-Umspannwerken mindestens 6 Transformatoren installiert. Zusätzliche Transformatoren werden für Redundanz und Backup installiert.
Ⅲ. Bestimmung der Anzahl anhand der Größe der Unterstation
1、Kleines Umspannwerk:
Kleine Umspannwerke mit Kapazitäten von einigen MVA bis zu Dutzenden von MVA dienen kleinen Industriegebieten, Gewerbegebieten, kleinen Wohngebieten und der ländlichen Verteilung. In der Regel werden 1-2 Transformatoren mit relativ einfacher Ausrüstung installiert, die für Gebiete mit geringem Lastbedarf geeignet sind.
2、Medium Unterstation:
Mittlere Umspannwerke mit Kapazitäten von einigen Dutzend MVA bis zu Hunderten von MVA versorgen städtische Verteilernetze, mittlere Industriegebiete, große Wohngebiete und regionale Verteilungszentren. Hier werden in der Regel 2-3 Transformatoren mit komplexerer Ausrüstung installiert, die für Gebiete mit mäßigem Lastbedarf geeignet sind.
3、Großes Umspannwerk:
Große Umspannwerke mit Kapazitäten von mehreren hundert MVA oder mehr versorgen große städtische Stromnetze, wichtige Industriegebiete und Hauptstromübertragungsnetze. In der Regel werden drei oder mehr Transformatoren mit komplexer Ausrüstung und hoher Zuverlässigkeit und Redundanz installiert, die für Gebiete mit hohem Lastbedarf und kritischen Stromknotenpunkten geeignet sind.
4、Ultra Large Substation:
Ultra-große Umspannwerke mit Kapazitäten von mehreren hundert MVA bis zu Tausenden von MVA dienen der Stromübertragung über große Entfernungen, der Versorgung von Großstädten und der Industrie sowie internationalen Netzverbindungen. In diesen Umspannwerken werden in der Regel 4-8 Transformatoren installiert, wobei zusätzliche Transformatoren für Redundanz sorgen, um eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Außerdem sind sie mit Hilfsgeräten wie Leistungsschaltern, Synchronkompensatoren und Schutzvorrichtungen ausgestattet, um Notfälle und Wartungsarbeiten zu bewältigen.
Ⅳ. Bestimmung der Anzahl auf der Grundlage der wirtschaftlichen Bedingungen
1、Niedrige wirtschaftliche Bedingungen:
- Kleine Umspannwerke: In der Regel wird 1 Transformator konfiguriert, um Kosten zu sparen, mit weniger Ersatztransformatoren.
- Mittlere Unterstation: Konfiguriert in der Regel 1-2 Transformatoren unter Berücksichtigung der Kosten und des grundlegenden Stromversorgungsbedarfs.
- Große Umspannwerke: Konfiguriert in der Regel 2-3 Transformatoren unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit der Stromversorgung und der Redundanz.
- Ultra große Umspannstation: Konfiguriert in der Regel 3-4 Transformatoren auf der Grundlage eines hohen Stromversorgungsbedarfs und eines gewissen Maßes an Stromversorgungssicherheit.
2、Moderate wirtschaftliche Bedingungen:
- Kleine Umspannwerke: Konfiguriert in der Regel 1-2 Transformatoren, mit mindestens einem Reservetransformator, um die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu erhöhen.
- Mittlere Unterstation: Normalerweise werden 2 Transformatoren mit 1 Reservetransformator konfiguriert.
- Großes Umspannwerk: Konfiguriert in der Regel 2-3 Transformatoren, mit 1 Reservetransformator.
- Ultra große Umspannstation: Konfiguriert in der Regel 4-6 Transformatoren auf der Grundlage der Anforderungen an die Stromversorgung mit großer Kapazität und an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung.
3、Hohe wirtschaftliche Bedingungen:
- Kleine Unterstation: Konfiguriert in der Regel 2 Transformatoren, mit 1 Reservetransformator.
- Mittlere Unterstation: Konfiguriert in der Regel 2-3 Transformatoren, mit 1 oder mehreren Reservetransformatoren.
- Großes Umspannwerk: Konfiguriert in der Regel 3-4 Transformatoren, mit 1-2 Ersatztransformatoren.
- Ultra große Umspannstation: Konfiguriert in der Regel 4-8 Transformatoren, mit zusätzlichen Ersatztransformatoren nach Bedarf.
Die Anzahl der Transformatoren hängt nicht nur von den oben genannten Faktoren ab, sondern muss auch entsprechend den spezifischen Anforderungen des Stromnetzes konzipiert und geplant werden. Verschiedene Länder und Regionen haben ihre eigenen Klassifizierungsmethoden und Normen. Darüber hinaus ändern sich mit dem technologischen Fortschritt und dem wachsenden Energiebedarf auch die Größe und die Spannungsebenen von Umspannwerken ständig. Daher gibt es keinen festen Standard für die Anzahl der Transformatoren in einem Umspannwerk.
