Krótkie omówienie projektu nowej amerykańskiej skrzynkowej podstacji transformatorowej do generowania energii wiatrowej
Wstęp
Jako czyste i odnawialne źródło energii, energia wiatrowa coraz bardziej przyciąga uwagę krajów na całym świecie. Jej zasoby są ogromne. Całkowite światowe zasoby energii wiatrowej wynoszą około 2,74×10⁹ MW, z czego eksploatowalna energia wiatrowa to 2,0×10⁷ MW. W Chinach zasoby energii wiatrowej są duże, szeroko rozłożone, a potencjał jej rozwoju i wykorzystania jest ogromny.
Generacja energii wiatrowej rozwijała się dynamicznie w ostatnich latach, a używane wraz z nią stacje transformatorowe są głównie amerykańskimi stacjami transformatorowymi (dalej nazywanymi stacjami transformatorowymi dla energii wiatrowej typu amerykańskiego).
Obecnie konwencjonalne stacje transformatorowe dla energii wiatrowej typu amerykańskiego są typu „jeden turbinowy - jedna stacja”, to znaczy, że jednej turbiny wiatrowej (dalej nazywanej turbiną wiatrową) przypisana jest jedna stacja transformatorowa dla energii wiatrowej typu amerykańskiego. W takiej konfiguracji, gdy prędkość wiatru na farmie wiatrowej jest bardzo niska, turbina wiatrowa działa z niedoborem obciążenia, co łatwo prowadzi do marnowania zasobów turbin wiatrowych. W marcu 2010 roku nasza firma zaprojektowała 31 nowych stacji transformatorowych typu „dwie maszyny - jedna stacja” dla pewnej farmy wiatrowej w regionie Mongolia Wewnętrzna, to znaczy, że dwie turbiny wiatrowe są wyposażone w tę samą stację transformatorową dla energii wiatrowej typu amerykańskiego.
Określenie parametrów technicznych stacji transformatorowej
Model produktu: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4
Moc znamionowa
Napięcie wysokie: 1000kVA
Napięcie niskie 1: 820kVA
Napięcie niskie 2: 180kVA
Napięcie znamionowe
Napięcie wysokie: 36.75kV
Napięcie niskie 1: 0.69kV (moc znamionowa odpowiadającej stacji transformatorowej dla energii wiatrowej typu amerykańskiego to 820kVA, a moc odpowiadającej turbiny wiatrowej to 750kW)
Napięcie niskie 2: 0.4kV (moc znamionowa odpowiadającej stacji transformatorowej dla energii wiatrowej typu amerykańskiego to 180kVA, a moc odpowiadającej turbiny wiatrowej to 160kW)
Grupa połączeń: Dyn11yn11
Zakres skoków: ±2×2.5%
Impedancja krótkiego spięcia: 7% (przy napięciu i częstotliwości znamionowej, oparta na półprzebiegowej impedancji mocy znamionowej cewki wysokiego napięcia)
Prąd znamionowy
Napięcie wysokie: 15.71A
Napięcie niskie 1: 686.1A
Napięcie niskie 2: 259.8A3
Zasada działania i schemat stacji transformatorowej
Po skonsultowaniu się z instytutem projektowym i producentem turbin wiatrowych, ustalono, że wymagano 31 trójfazowych, kombinowanych, wspólnych zbiorników, podzielonych, końcowych stacji transformatorowych typu amerykańskiego. Transformator w tych stacjach transformatorowych musiał mieć strukturę podwójnego podziału niskiego napięcia, a napięcia dwóch stron niskiego napięcia były różne.
Zasada działania: Użytkownik zainstalował dwie turbiny wiatrowe o różnej mocy na tym samym wałku. Turbina wiatrowa 1 to synchroniczna turbina wiatrowa o mocy 750kW i napięciu znamionowym 690V; Turbina wiatrowa 2 to asynchroniczna turbina wiatrowa o mocy 160kW i napięciu znamionowym 400V. Użytkownik zainstalował urządzenie dla każdej turbiny wiatrowej, które automatycznie wybiera turbiny wiatrowe w zależności od prędkości wiatru na farmie wiatrowej. To urządzenie może automatycznie wybierać, którą turbinę wiatrową należy używać, w zależności od prędkości wiatru.
Stacja transformatorowa może generować odpowiednie mocy w zależności od trzech różnych mocy turbin wiatrowych. Gdy prędkość wiatru jest bardzo niska, wybierana jest turbina wiatrowa o małej mocy 160kW, a moc wyjściowa stacji transformatorowej w tym czasie wynosi 180kVA; gdy prędkość wiatru jest stosunkowo wysoka, wybierana jest turbina wiatrowa o dużej mocy 750kW, a moc wyjściowa stacji transformatorowej wynosi 820kVA; gdy prędkość wiatru jest bardzo wysoka, wybierane są jednocześnie obie turbiny wiatrowe, a moc wyjściowa stacji transformatorowej w tym czasie wynosi pełną moc 1000kVA. W tym celu transformator został zaprojektowany jako podwójnie podzielona struktura "nisko-wysoko-nisko". Cewka niskiego napięcia 690V jest umieszczona najbardziej wewnętrznie, cewka wysokiego napięcia jest w środku, a cewka niskiego napięcia 400V jest umieszczona najbardziej zewnętrznie. Każda stacja transformatorowa dla energii wiatrowej składa się z pomieszczenia transformatorowego, pomieszczenia kabli wysokiego napięcia i pomieszczenia operacyjnego wysokiego i niskiego napięcia. W pomieszczeniu operacyjnym niskiego napięcia zainstalowane są osobno przełączniki obwodowe 690V i 400V, które mogą kontrolować swoje odpowiednie strony niskiego napięcia, co jest równoznaczne z posiadaniem dwóch pomieszczeń operacyjnych niskiego napięcia.
Schemat zasady działania stacji transformatorowej przedstawiony jest na Rysunku 1.
Efekty zastosowania stacji transformatorowej
Ponieważ użytkownik może automatycznie wybierać turbiny wiatrowe o różnych mocach w zależności od prędkości wiatru, można całkowicie rozwiązać problem marnowania zasobów turbin wiatrowych i oszczędzać energię.
Użytkownik może kupić jedną mniej stację transformatorową (w porównaniu z modelem „jeden-maszyna-jedna-stacja”), co jest korzystne dla stacji transformatorowych dla energii wiatrowej typu amerykańskiego, aby zminimalizować początkowe koszty inwestycyjne użytkownika na farmie wiatrowej i zwiększyć efektywność wykorzystania zasobów.
Transformator采用了“低压-高压-低压”的结构，这增加了变电站的短路阻抗。因此，它可以有效地限制短路电流并提高变电站的运行可靠性。
