Руководство по выбору однофазных трансформаторов для проектов электрификации сельских районов в Африке: снижение инвестиционных затрат и повышение надежности электроснабжения конечных потребителей
Прежде чем перейти к этой теме, позвольте сначала задать вам вопрос.
Во многих проектах электрификации сельских районов в Африке, выбирая между single-phase и трёхфазными распределительными трансформаторами непосредственно влияет на инвестиции в проект, график строительства, и долгосрочные эксплуатационные расходы.
Если бы вы отвечали за электроснабжение деревни с 100 домохозяйствами, при ограниченном бюджете и линия среднего напряжения которую необходимо продлить более чем на десять километров, вы бы выбрали three-phase или single-phase?
первой реакцией большинства людей было бы three-phase.
Именно так написано в учебниках. Именно этого также требуют многие стандарты электросетей. И в этом нет ничего плохого.
Но когда вы фактически прибываете на сельский объект в Африке, вы можете обнаружить нечто, о чём учебники вам не расскажут:
Когда бюджета недостаточно, проект даже не может начаться.
Цзишенг Электрик много лет принимает активное участие в проектах по экспорту оборудования для распределения электроэнергии в Африку в течение многих лет. Наша продукция применяется на нескольких рынках в Западная, Восточная и Южная Африка, охватывая такие сценарии, как электрификация сельских районов, солнечные микросети, и промышленное распределение электроэнергии.
Проблемы, возникающие в сельских проектах, часто раз за разом остаются одними и теми же.
Сегодня мы систематизируем опыт, накопленный нами за годы работы на объектах проектов и обсуждений с коллегами по отрасли. Речь не о том, чтобы утверждать, что одно решение всегда лучше другого. Вместо этого мы хотим разобрать процесс принятия таких решений, чтобы вы могли самостоятельно сделать вывод.
I. Три основные проблемы, с которыми сталкиваются проекты электрификации сельских районов в Африке
Электрификация сельских районов Африки звучит просто — нужно лишь провести электричество в деревни.
Но любой, кто действительно работал над такими проектами, знает, что всё гораздо сложнее.
1.1 Бюджета никогда не бывает достаточно
A трансформатора на три фазы в сочетании с трехфазная линия распределения требует более высоких инвестиций.
Само оборудование стоит дороже, а стоимость проводов и строительных материалов также значительно выше.
Для деревни с приблизительно ста домохозяйствами протяженность трехфазной линии более чем на десять километров может легко превысить бюджет проекта.
Во многих проектах уже на середине строительства выясняется, что финансирования значительно недостаточно для выполнения требований.
Тогда выбор сводится к:
- Сократить объем проекта
- Дождаться дополнительного финансирования
И ожидание финансирования часто не является коротким процессом — даже от одного до двух лет может считаться быстрым.
1.2 Электричество поступает, но стабильное напряжение обеспечить невозможно
Распределительные линии слишком длинные.
В конце сети, конечное напряжение может снизиться до 180-190V, делая даже базовое освещение нестабильным, не говоря уже об оборудовании, таком как:
- Водяные насосы
- Кондиционеры
- Сельскохозяйственная техника
Пользователи жалуются, руководители требуют объяснений, а бригады обслуживания неоднократно выезжают на удаленные площадки.
Даже после значительных затрат времени и усилий коренная проблема остается неурегулированной.
1.3 После установки солнечных фотоэлектрических систем электросеть может оказаться не готова к их подключению
В последние годы солнечная энергия становится все более доступной.
Многие сельские пользователи устанавливают собственные фотоэлектрические системы и подают излишки электроэнергии обратно в сеть.
Однако традиционные сельские сети распределения не были спроектированы для такой ситуации.
Результатом может быть:
- Колебания напряжения
- Отключение инвертора
- Чрезмерная нагрузка на трансформаторы, вызванная двусторонним потоком мощности
Исходная распределительная система просто не была рассчитана на такой новый режим работы.
1.4 Когда трансформаторы выходят из строя, некому их ремонтировать
Есть еще одна тема, которую многие неохотно обсуждают открыто:
Удаленные распределительные районы.
Когда трансформатор выходит из строя, его замена может занять месяцы — от первого сообщения о неисправности до окончательного восстановления.
Сельские жители остаются без электроэнергии.
Звонки продолжают поступать.
В конечном итоге ответственность ложится на команду проекта.
Эти проблемы нельзя просто решить простым увеличением финансирования.
II. Сравнение однофазных и трехфазных решений таким образом, и становится ясно
Некоторые могут спросить: действительно ли однофазный трансформатор действительно надежен?
Скажем так: однофазные трансформаторы не следует использовать в городских коммерческих зонах.
Но для отдаленных сельских распределительных районов Африки, где характерны:
- Разрозненные нагрузки
- Низкий спрос на электроэнергию
- Большие расстояния распределения
именно здесь однофазные трансформаторы могут быть наиболее подходящим решением.
В следующей таблице эти два варианта сравниваются бок о бок:
| Элемент сравнения | Трёхфазный трансформатор | Однофазный трансформатор |
|---|---|---|
| Начальные инвестиции | Обычно требуется оборудование большей мощности и инфраструктура трёхфазных линий, что приводит к более высоким общим инвестициям | Подходит для распределённых нагрузок малой мощности с более низкими затратами на строительство сети |
| Сценарии применения | Города, промышленные нагрузки, крупные коммерческие потребители | Удалённые деревни, сельские районы распределения, микросети |
| Способ установки | Обычно требует более жёстких условий строительства | Подходит для установки на опоре |
| Эксплуатация и техническое обслуживание | Оборудование централизовано, и отказ может затронуть более широкую зону обслуживания | Распределённая конфигурация с меньшей зоной влияния при возникновении отказов |
Как видно, трифазные решения имеют свои преимущества, но ключевым является выбор правильного применения.
Трёхфазные системы для городов, однофазные для сельских территорий — у каждого варианта есть своя область применения.
В разных странах существуют различные стандарты сети и требования к проектам. Ниже перечислены типичные параметры, используемые в большинстве проектов сельской электрофикации в Африке, солнечных микросетей и удалённых районов распределения:
| Параметр | Рекомендуемый диапазон |
|---|---|
| Номинальная мощность | 10kVA-100kVA |
| Высоковольтное напряжение | 11kV / 22kV / 33kV |
| Низковольтное напряжение | 230V |
| Частота | 50Гц / 60Гц |
| Тип охлаждения | ОНАН |
| Установка | Установка на опоре / Установка на земле |
| Стандарт | IEC 60076 |
| Тип сердечника | Аморфный сплав / Холоднокатаная электротехническая сталь (CRGO) |
III. Ситуации, в которых однофазные трансформаторы действительно хорошо работают
Рассмотрим несколько реальных сценариев.
Сценарий 1: Электрификация удалённых деревень
Сценарий 1: Электрификация удалённых деревень
Для деревень с всего 20-30 домохозяйствами, где электроэнергия в основном используется для освещения, зарядки мобильных телефонов и изредка небольшого холодильника, однофазный трансформатор 10-30kVA обычно достаточен.
Его можно установить на опоре электросети на окраине деревни с низковольтными линиями , выведенными наружу.
Преимущества очевидны:
- Ниже уровень инвестиций
- Более быстрое внедрение
- Упрощённый монтаж
Когда в будущем нагрузка увеличивается, трансформатор можно модернизировать. Затем меньший блок можно переместить в другую деревню и продолжить обслуживание там, избегая неэффективных затрат.
Сценарий 2: Орошение с использованием солнечных водяных насосов
Днём, при наличии солнечного света, система перекачивает воду. Без солнца она перестаёт работать.
Однако, фотовольтаические колебания напряжения могут быть значительными:
- Утреннее напряжение может быть только около 300V
- В полдень напряжение может расти до 500V и выше
Обычные трансформаторы могут испытывать трудности с таким уровнем флуктуаций.
Кроме того, когда ночной работе насоса не хватает, снижая потери холостого хода становится важным.
Для районов, которые используют дизельные генераторы, экономия энергии означает прямое снижение эксплуатационных затрат.
Сценарий 3: Зарядные станции для электрических мотоциклов
Во многих районах Африки мотоциклы являются основным средством передвижения. В последние годы электрические мотоциклы постепенно становятся все более популярными.
Обычно режим зарядки концентрирован:
- Люди возвращаются домой вечером
- Зарядка начинается около 7-8 PM
- Нагрузка резко возрастает на один-два часа
- Затем возвращается к норме
Если обычный трансформатор выбирается строго по номинальной мощности, его может потребоваться модернизировать, когда пик спроса повышается.
Модернизация означает дополнительные инвестиции.
A однофазного трансформатора обычно имеет хорошую перегрузочную способность. Работа при нагрузке 120% в течение двух-трех часов возможна при подходящих условиях, избегая ненужного расширения мощности.
Сценарий 4: Небольшие перерабатывающие предприятия
К таким объектам относятся:
- зерновые мельницы
- машины для переработки риса
- небольшие пилорамы
часто используют однофазные двигатели.
У этих двигателей очень высокий пусковой ток.
Трансформатор с нижеимпедансным может снизить просадку напряжения во время пуска двигателя, снижая вероятность неисправности или выхода двигателя из строя.
Частая замена трансформаторов обходится дороже по затратам на обслуживание, чем первоначальные инвестиции в оборудование.
IV. Использование трансформаторов в Африке не тождественно использованию их в Гуандуне
Стандартные отечественные изделия обычно проектируются исходя из температуры окружающей среды порядка 40°C.
Однако во многих регионах Африки наблюдаются:
- Долгосрочные температуры выше 45°C
- Сильный прямой солнечный свет
- Температура поверхности корпуса оборудования может достигать 60-70°C
Это невозможно решить простым изменением таблички.
Следующая таблица перечисляет несколько модификаций, специально разработанных для условий эксплуатации в Африке. Каждая корректировка основана на опыте, полученном в ходе реальных проектов.
| Наименование модификации | Почему требуется корректировка | Конкретные меры | Фактический эффект |
|---|---|---|---|
| Конструкция с повышенной тепловой стойкостью | В регионах Африки наблюдаются непрерывно высокие температуры. Температура внешней поверхности корпусов может превышать 70°C, что приводит к быстрому старению обычных изоляционных материалов быстрому старению | Используйте Изоляционные материалы класса H с температурной стойкостью до 180°C; расчетный температурный подъём на 5K ниже требований IEC; использование полностью герметичной гофрированной системы охлаждения масляного бака | Оборудование может работать непрерывно в средах с температурой 45°C с увеличенным сроком службы изоляции; для прибрежных районов с соляным туманом доступны антикоррозионные покрытия |
| Сердечник из аморфного сплава | Сельские нагрузки невелики, что приводит к длительным периодам холостого хода и высоким затратам на электроэнергию или дизельное топливо | Потери на холостом ходу снижены на 30%-40% по сравнению с традиционными сердечниками из кремниевой стали | Фактическая экономия энергии зависит от местных цен на электроэнергию, стоимости дизеля и графиков нагрузки. Разница в стоимости обычно может быть окуплена примерно за 2 года. |
| Дизайн с уменьшенной массой | В Африке дорожные условия плохие, и во многие места нельзя добраться на грузовиках или кранах | Снижение веса на 15%-20% по сравнению со средними рыночными продуктами той же мощности | Меньшие транспортные затраты; становится возможной ручная установка на опору; можно избежать расходов на аренду крана |
| Интерфейс интеллектуального мониторинга | Затраты на инспекцию для удаленных распределительных районов очень высоки | Резерв RS485, Bluetooth, и Интерфейсы 4G; доступны дополнительные модули связи | Не требуется немедленная установка. Удаленный мониторинг можно добавить позже, установив модули без замены трансформатора |
Для сертификации мы также предоставляем полную поддержку.
Сертификация IEC является базовым требованием. Мы также можем поддерживать требования экспортного соответствия, такие как:
- Нигерию SONCAP
- Кения PVOC
- Другие сертификаты таможенного оформления для конкретных стран
V. Двадцать деревень в озерном регионе Танзании
Позвольте рассказать о проекте, в котором мы участвовали лично.
Проект был расположен в районе озера Виктория в Танзании, на западной стороне озера.
Было:
- 20 отдельных деревень
- Более чем 1,500 домохозяйств
- Нет существующего электроснабжения
Не было того, что никто не рассматривал этот проект.
Местная коммунальная компания уже разработала план:
Построить 30km трехфазную линию среднего напряжения в район и установить трансформаторы вдоль маршрута.
Это был стандартный подход.
Однако после расчета затрат проект был приостановлен.
Причина была проста:
Бюджета было недостаточно.
Проект оставался замороженным более года.
Когда работы возобновились, подход изменился.
Консультант предложил:
«Почему бы не попробовать однофазную двухпроводную систему?»
Честно говоря, поначалу все сомневались. Некоторые считали, что это может быть компромиссным решением.
Но реальность заключалась в том, что бюджета просто не хватало для продолжения работы по первоначальному плану.
Поэтому проект продолжился с использованием нового подхода.
Итоговое решение:
- Однофазная двухпроводная система
- Десять точек распределения, установленных вдоль маршрута
- Два комплекта однофазных трансформаторов из аморфного сплава мощностью 50 кВА в каждой точке
- Конфигурация соединения V-V
- Близлежащие деревни подключены через низковольтные линии от каждой точки распределения
И затем:
Деревни получили электричество.
Шесть месяцев спустя, во время контрольной проверки, мы собрали эксплуатационные данные.
Измеренное напряжение оставалось стабильным в диапазоне:
215V-228V
Согласно расчетам предыдущего трехфазного решения, поддержание даже 200 В в конце сети оставалась неопределенность.
📊 Фактические данные измерений по проекту
Место: Западная Танзания, к западу от озера Виктория
Охват: 20 деревень, примерно 1,500 домохозяйств
Решение: Однофазная двухпроводная система + 10 точек распределения. Каждая точка была оснащена двумя единицами однофазных трансформаторов из аморфного сплава мощностью 50 кВА (V-V соединения).
Экономия инвестиций: Согласно предварительной оценке инвестиций в проект, по сравнению с первоначальным трехфазным решением, стоимость инвестиций была снижена примерно на 50%.
График строительства: Срок реализации проекта был сокращен на 4 месяца по сравнению с первоначальным планом.
Напряжение в конце линии: 215-228V (согласно оценкам, в первоначальном трехфазном решении оно падало ниже 200V в конце линии).
Благодаря разумному планированию точек распределения и сокращению расстояний подачи низкого напряжения, потери в линии могут быть значительно снижены.
Период эксплуатации: 6 месяцев (на основе данных последующей эксплуатации)
Конечно, проект не был гладким от начала до конца.
Процесс начальной координации был весьма сложным. Местная строительная бригада никогда раньше не устанавливала однофазные трансформаторы подобное оборудование. Во время первой операции по подъему они фактически подключили его в неправильном направлении — стороны высокого и низкого напряжения были перепутаны.
Наш инженер оставался на объекте в течение двух недель и контролировал весь процесс с самого начала. После этого установка постепенно наладилась.
Подобные инциденты не лучшим образом смотрятся в отчете по проекту, но это действительно произошло.
После ввода проекта в эксплуатацию данное решение также привлекло внимание специалистов по планированию энергоснабжения в близлежащих районах. Сейчас они рассматривают возможность применения аналогичного подхода.
Возможность тиражирования зависит от конкретных условий каждой местности. Но, по крайней мере, этот проект доказал, что:
этот подход имеет право на жизнь.
VI. Часто задаваемые вопросы
Можно ли подключить однофазный трансформатор к трехфазной сети?
Да.
Два однофазных трансформатора могут обеспечить трехфазное питание посредством V-V соединения.
Альтернативно, они также могут быть установлены отдельно на однофазной распределительной линии.
Можно ли использовать его в автономных солнечных энергосистемах?
Да.
Может быть напрямую подключен к инверторам для систем солнечной энергетики.
Как организовано послепродажное обслуживание?
У нас есть склады запасных частей в:
- Кения
- Нигерию
- в Южной Африке
и мы сотрудничаем с местными сервисными командами.
В течение гарантийного срока:
- Удаленное реагирование в течение 72 часов
- Доставка оборудования для замены на объект в течение 7 рабочих дней
После окончания гарантийного срока мы продолжаем оказывать поддержку, предоставляя пожизненную техническую помощь.
VII. Ключевые моменты, которые следует учитывать при выборе
Требуемая мощность и материал трансформатора зависят от каждого конкретного проекта.
В следующей таблице приведены распространенные сценарии применения и рекомендуемые решения для справки:
| Сценарий проекта | Рекомендуемый диапазон мощности | Рекомендуемый материал сердечника | Причина выбора |
|---|---|---|---|
| Удаленная деревня с 20-30 домохозяйствами, освещение + зарядка мобильных устройств | 10-30kVA | Аморфный сплав предпочтительно | Низкая нагрузка и большая периодам холостого хода. Аморфный сплав обеспечивает значительные преимущества в энергосбережении |
| Солнечный водяной насос для ирригации, работающий днем и простаивающий ночью | 20-50kVA | Аморфный сплав предпочтительно | Полная нагрузка днем и работа без нагрузки ночью. Низкая потери холостого хода обеспечивают более высокую эффективность |
| Станция зарядки электрических мотоциклов, концентрированная вечерняя пиковая зарядка | 30-50kVA | Трехмерный витой сердечник из электротехнической стали | При соответствующих проектных условиях обеспечивает лучшую кратковременную работе в режиме перегрузки способность |
| Небольшой перерабатывающий завод с частыми пусками однофазных двигателей | 30-100kVA | Трехмерный витой сердечник из электротехнической стали | Высокая пусковой ток . Низкий импеданс конструкция снижает падение напряжения и защищает двигатели |
| Крупная деревня или небольшая коммерческая зона с относительно сбалансированной нагрузкой | 50-100kVA | Зависит от коэффициент нагрузки | Высокий коэффициент нагрузки: сердечник из электротехнической стали. Низкий коэффициент нагрузки: сердечник из аморфного сплава |
Существует также несколько общих рекомендаций:
7.1 Не выбирайте мощность с минимальным запасом
Исходя из расчетной максимальной нагрузки, добавьте около 20%-30% запаса мощности.
Постоянная работа трансформатора при полной нагрузке значительно сокращает его срок службы. Замена оборудования на более раннем этапе обходится гораздо дороже, чем обеспечение достаточного запаса мощности в самом начале.
7.2 Подтвердите уровни напряжения перед оформлением заказа
Африканский системы среднего напряжения различаются:
- 11 кВ
- 33 кВ
The однофазная низковольтная система обычно является 230V.
Перед размещением заказа всегда уточняйте:
- Напряжение системы
- Сетевые требования
Неверная спецификация напряжения может привести к задержке всего графика проекта.
7.3 Заранее определите способ установки
Решите заранее:
- Опоры (столбовое исполнение) или ground-mounted
- Прибрежная или материковая среда
- Сбалансированность антикоррозийная защита является обязательной
Согласуйте эти детали до начала производства, чтобы избежать проблем при монтаже на объекте.
7.4 Интеллектуальный мониторинг зависит от масштаба проекта
Для:
- Крупных проектов
- Удаленных объектов
рекомендуется предусмотреть функции мониторинга на начальном этапе.
Для небольших проектов систему можно модернизировать позже при необходимости.
Это основные ключевые сведения.
Мы обладаем обширным опытом реализации проектов в Африка, и мы можем адаптировать решения в соответствии со спецификой проекта:
- Климатические условия
- Параметры сети
- Характеристики нагрузки
Наша продукция включает:масляные трансформаторы, трансформаторы подстанций, поверхностные трансформаторы (pad-mounted), столбовые трансформаторы, сухие трансформаторы, а также другом электрораспределительном оборудовании. Мы также предоставляем системные решения, охватывающие весь процесс от выбора оборудования до его эксплуатации и технического обслуживания.Компания владеет 22 патентами на полезные модели и 3 свидетельствами о регистрации авторских прав на ПО, а также прошла ISO9001 и ICE аудиты.
Если вы в настоящее время разрабатываете проекты по электрификации сельских районов Африки, солнечные микросети или проекты по распределению электроэнергии, мы можем предоставить:
- Расчеты по выбору трансформаторов
- Поддержку в подготовке технических спецификаций
- Документы для экспортной сертификации
Бесплатно.
В подобных проектах, чем тщательнее проработаны детали на раннем этапе, тем меньше проблем возникнет в дальнейшем.
Желаем успехов.
О компании ZISHENG ELECTRICAL
Жишэнг является профессиональным производителем с более чем 19-летним опытом масляных трансформаторов, Компактная подстанция, Трансформаторы в пневматических установках, полевые трансформаторы и Сухие трансформаторы. У нас есть сертификаты ISO/CE/IEC 60076 и TUV Rheinland.
Трансформаторы проходят строгие испытания FAT и аттестацию типа, поддерживают настройку напряжения/емкости. Добро пожаловать на консультацию по Каталог и Продукт. вы можете связаться с нами по электронной почте [email protected].
