Упростена конфигурация на вятрови турбини, оснащени с американски стилови кутийни трансформатори
Вятърната енергия, като възобновяем и чист източник на енергия, разполага с относително устойчиви технологии и е свидетел на бързо развитие в Китай през последните години. Предвижда се, че до 2010 г. общата инсталация ще достигне 1,8×10⁴ МВт. Вятърната енергия се характеризира с кратък период на строителство, бързи резултати и най-ефективни предимства по отношение на цената. Обикновено за строителството на вятърна ферма с мощност 50 МВт са необходими само около един година. След завършването й операционните разходи са ниски, а работата по поддръжка и ремонт е относително малка.
Общ преглед на избрани трансформатори за повишаване на напрежението за вятърни ферми
Към всеки вятърен генератор е инсталиран трансформатор за повишаване на напрежението, който се използва за повишаване на генерираното напрежение (0,69 кВ) и свързване с внутрените колекторни линии на вятърната ферма. Използва се схема за свързване "един двигател - един трансформатор". Колекторните линии са свързани с електрическата мрежа чрез подстанцията за повишаване на напрежението на вятърната ферма. В момента избраният тип трансформатори включва три основни типа: обикновени маслонапълнени трансформатори (по-рядко използвани), европейски модулни подстанции и американските модулни подстанции (наричани американски контейнерни подстанции). От тях, американските контейнерни подстанции се използват по-често.
Сравнително с европейските модулни подстанции, американските контейнерни подстанции имат предимства като компактен дизайн, пълна герметизация, малък обем, използване на кабели с извивки, отсъствие на газова защита и удобство при управление и поддръжка. Американските контейнерни подстанции се използват главно в градските разпределителни мрежи, такива като жилищни райони, индустриални паркове, комерсиални центрове и други места за доставка на електроенергия. През последните години те са широко използвани като трансформатори за повишаване на напрежението, подкрепящи вятърните генератори. Типичната им схема за електрическо свързване (основно същата, както приложена в разпределителната мрежа) е показана на фигура 1. Според изискванията на разпределителната мрежа, американските контейнерни подстанции са оборудвани със следната защита:
Маслонапълнени плъгин фюзирани предпазители, които се спукват при късо замыкание на нисконапреговата страна на трансформатора;
Маслонапълнени ограничителни фюзирани предпазители, които бързо се спукват и прекъсват трансформатора, когато се случи късо замыкание във високонапрегованата страна във вътрешността на трансформатора, предотвратявайки разпространението на аварията.
Трехфазен механически свързан нагрузъчен ключ, потопен в масло, който може да извърши затваряне на трансформатора под нагрузка;
Интелектуален автомат (или предпазен ключ), използван главно за защита на нагрузката.
Опростяване на конфигурацията на защитата на американските контейнерни подстанции
Принципи на опростяване
Американският трансформатор означава трансформатор, който запазва основните характеристики на американската контейнерна подстанция, като нейната структура, хармонично извивани радиатори, отсъствие на газова защита, клапи за освобождаване на налягане и ограничителни фюзирани предпазители. Но той опростява защитните устройства. На базата на обобщените опити от експлоатацията на вятърната енергия, някои компоненти на мрежовата защита са премахнати, правейки го специален трансформатор за вятърната енергия.
Опростена конфигурация на защитата
Е технически изпълнимо да се премахнат компонентите на мрежовата защита от американските контейнерни подстанции, приложени в вятърната енергия. Колекторните линии са оборудвани с надеждни защитни устройства (инсталирани в подстанцията за повишаване на напрежението). Колекторните линии трябва да са свързани с подстанцията за повишаване на напрежението, и след повишаване на напрежението, те са свързани с системата. Подстанцията за повишаване на напрежението установява защита на линията за всяка колекторна линия. Обхватът на защитата не само покрива колекторните линии, но и се разпростира до контейнерната подстанция и вятърните генератори. Ако на дадена линия се случи късо замыкание или друга авария, защитата на линията ще действа и ще прекъсне тази линия. Вятърните генератори са оборудвани с пълен набор от мрежови защитни устройства (инсталирани в контролния кабинет на земята). Ако се случи мрежова авария или аномалия, защитата на вятърния генератор ще действа и ще прекъсне вятърния генератор (тук, мрежата се отнася до колекторната линия и системата на контейнерната подстанция). Таблица 1 показва мрежовата защита, установена от производителя на вятърните генератори.
Някои от конфигурациите на защитата на контейнерните подстанции са сравнително простички. Их защитни функции са много по-слаби от защитата на колекторните линии и вятърните генератори, формирайки излишна кръстосана защита. Поради това, мрежовата защита, конфигурирана в контейнерните подстанции, е ненужна и може да бъде премахната. Обхватът и функциите на защитата на интелектуалните автомати могат напълно да бъдат заменени от мрежовата защита на вятърните генератори. Едновременно с това, премахването на някои ненужни компоненти, като нагрузъчни ключове и плъгин фюзирани предпазители, помага за намаляване на потенциалните точки на авария и подобряване на надеждността на експлоатацията на оборудването.
Настройки на защитата на опростените американски контейнерни подстанции
За да се гарантира, че опростените американски контейнерни подстанции могат да отговарят на операционните изисквания на вятърните ферми, Институтът за електроенергийни изследвания на компанијата Jilin Electric Power организира 18 експерти от компанијата Jilin Electric Power, Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company и други единици, за внимателно демонстриране и проверка на конфигурацията на опростените американски контейнерни подстанции. Беше признато, че опростената американска контейнерна подстанция е специализиран трансформатор за вятърна енергия, разработен на базата на асимилираната технология на американските контейнерни подстанции. Технологически, тя напълно удовлетворява изискванията за безопасна и надеждна експлоатация на вятърните генератори, има добри икономически резултати и може да бъде широко популяризирана и използвана в вятърните ферми. Конфигурацията на опростената американска контейнерна подстанция е показана на фигура 2.
Технически и икономически анализ
Повечето вятърни ферми в момента използват оригинален дизайн на американските контейнерни подстанции, чиито сложни функции на защита не са подходящи за системите на вятърната енергия. Използването на опростени американски контейнерни подстанции може значително да намали разходите за оборудване, водейки до добри социални и икономически резултати. Предварителни изчисления показват, че разходите за всяка единица могат да бъдат намалени с приблизително 30 000 юана.
След премахването на някои ненужни компоненти, като нагрузъчни ключове, плъгин фюзирани предпазители и интелектуални автомати, броят на потенциалните точки на авария е намален, значително намалявайки вероятността за аварии. Операциите са простички, удобни, безопасни и надеждни, с значително намалена работна тежест. Опростените американски контейнерни подстанции са приложени в някои вятърни ферми в провинцията Jilin, достигайки очевидни социални и икономически резултати.
