Uma Breve Discussão sobre o Projeto de um Novo Subestação Tipo Caixa Estilo Americano para Geração Eólica

Introdução

Como uma fonte de energia limpa e renovável, a energia eólica tem atraído cada vez mais a atenção de países ao redor do mundo. Suas reservas são enormes. Os recursos globais de energia eólica totalizam aproximadamente 2,74×10⁹ MW, dos quais a energia eólica explorável é de 2,0×10⁷ MW. Na China, as reservas de energia eólica são grandes, amplamente distribuídas, e o potencial de desenvolvimento e utilização é enorme.

A geração de energia eólica tem se desenvolvido rapidamente nos últimos anos, e as subestações tipo caixa usadas em conjunto com ela são, na maioria, subestações tipo caixa americanas (doravante referidas como subestações eólicas americanas).

Atualmente, as subestações eólicas americanas convencionais para geração de energia eólica são do tipo "uma máquina - uma subestação", ou seja, uma turbina eólica (doravante referida como turbina eólica) é equipada com uma subestação eólica americana. Com essa configuração, quando a velocidade do vento no parque eólico é muito baixa, a turbina eólica operará sobrecarregada, causando facilmente o desperdício de recursos da turbina eólica. Em março de 2010, nossa empresa projetou 31 novas subestações eólicas americanas do tipo "duas máquinas - uma subestação" para um determinado parque eólico na Mongólia Interior, ou seja, duas turbinas eólicas são equipadas com a mesma subestação eólica americana.

Determinação dos Parâmetros Técnicos da Subestação

• Modelo do Produto: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4

• Capacidade Nominal

• Alta tensão: 1000kVA

• Baixa tensão 1: 820kVA

• Baixa tensão 2: 180kVA

• Tensão Nominal

• Alta tensão: 36.75kV

• Baixa tensão 1: 0.69kV (A capacidade nominal correspondente da subestação eólica americana é de 820kVA, e a potência correspondente da turbina eólica é de 750kW)

• Baixa tensão 2: 0.4kV (A capacidade nominal correspondente da subestação eólica americana é de 180kVA, e a potência correspondente da turbina eólica é de 160kW)

• Grupo de Conexão: Dyn11yn11

• Faixa de Regulação: ±2×2.5%

• Impedância de Curto-Circuito: 7% (Sob tensão e frequência nominais, baseado na impedância de meio caminho da capacidade nominal do enrolamento de alta tensão)

• Corrente Nominal

• Alta tensão: 15.71A

• Baixa tensão 1: 686.1A

• Baixa tensão 2: 259.8A3 

Princípio de Funcionamento e Diagrama Esquemático da Subestação

Após contatar o instituto de design e o fabricante de turbinas eólicas, foi determinado que eles exigiam 31 subestações tipo caixa americanas trifásicas, combinadas, de tanque comum, divididas, terminais. O transformador nessas subestações precisava ter uma estrutura de dupla divisão de baixa tensão, e as tensões dos dois lados de baixa tensão não eram iguais.

Princípio de Funcionamento: O usuário instalou duas turbinas eólicas com potências desiguais no mesmo eixo. A turbina eólica 1 é uma turbina síncrona com potência de 750kW e tensão nominal de 690V; a turbina eólica 2 é uma turbina assíncrona com potência de 160kW e tensão nominal de 400V. O usuário instalou um dispositivo para cada turbina eólica para selecionar automaticamente a turbina eólica de acordo com a velocidade do vento no parque eólico. Este dispositivo pode escolher automaticamente qual turbina eólica usar com base na velocidade do vento.

A subestação tipo caixa pode fornecer capacidades correspondentes de acordo com os três diferentes níveis de potência das turbinas eólicas. Quando a velocidade do vento é muito baixa, a turbina eólica de 160kW de baixa potência é selecionada para operação, e a capacidade de saída da subestação neste momento é de 180kVA; quando a velocidade do vento é relativamente alta, a turbina eólica de 750kW de alta potência é selecionada para operação, e a capacidade de saída da subestação é de 820kVA; quando a velocidade do vento é muito alta, ambas as turbinas eólicas são selecionadas para operação simultânea, e a capacidade de saída da subestação neste momento é a capacidade total de 1000kVA. Para isso, o transformador foi projetado com uma estrutura de dupla divisão axial "baixa-alta-baixa". O enrolamento de baixa tensão de 690V está encaixado no lado interno, o enrolamento de alta tensão está no meio, e o enrolamento de baixa tensão de 400V está encaixado no lado externo. Cada subestação eólica americana consiste em uma sala de transformadores, uma sala de cabos de alta tensão e uma sala de operação de alta e baixa tensão. Na sala de operação de baixa tensão, são instalados respectivamente um disjuntor de baixa tensão de 690V e um de 400V, que podem controlar seus respectivos lados de baixa tensão, equivalendo a ter duas salas de operação de baixa tensão.

O diagrama esquemático do princípio de funcionamento da subestação está mostrado na Figura 1.

Efeitos de Aplicação da Subestação

•  Como o usuário pode selecionar automaticamente turbinas eólicas de diferentes potências de acordo com a velocidade do vento, isso pode resolver completamente o problema do desperdício de recursos de turbinas eólicas e economizar energia.

• O usuário pode adquirir uma subestação a menos (em comparação com o modelo "uma máquina - uma subestação"), o que é benéfico para as subestações eólicas americanas minimizarem o custo inicial de investimento do usuário no parque eólico e melhorar a eficiência de utilização dos recursos.

• O transformador adota uma estrutura "baixa-alta-baixa", o que aumenta a impedância de curto-circuito da subestação. Consequentemente, pode restringir efetivamente a corrente de curto-circuito e aumentar a confiabilidade operacional da subestação.