Una configuració simplificada de turbinetes eòliques dotades amb transformadors de tipus caixa estil americà

La generació d'energia eòlica, com a font d'energia renovable i neta, té una tecnologia relativament madura i ha experimentat un desenvolupament ràpid a la Xina en els darrers anys. Es preveu que, per al 2010, la capacitat instal·lada total arribarà a 1,8×10⁴ MW. La generació d'energia eòlica es caracteritza per un curt període de construcció, resultats ràpids i avantatges més econòmics. Normalment, només cal uns 12 mesos per construir un parc eòlic de 50 MW. Un cop completat, el cost d'operació és baix i la càrrega de treball d'operació i manteniment és relativament petita.

Panorama dels transformadors d'elecció per a parcs eòlics

Cada unitat de turbineta eòlica està equipada amb un transformador d'augment, que s'utilitza per elevar la tensió generada (0,69 kV) i connectar-la a les línies recaptadores internes del parc eòlic. S'adopta el mode de connexió "una màquina - un transformador" per a la cablagi. Les línies recaptadores es connecten a la xarxa elèctrica a través de la subestació d'augment del parc eòlic. Actualment, els transformadors seleccionats inclouen principalment tres tipus: transformadors immersos en oli convencionals (menys utilitzats), subestacions prefabricades estil europeu i subestacions prefabricades estil americà (també conegudes com a subestacions de caixa estil americà). D'aquests, les subestacions de caixa estil americà es fan servir més sovint actualment.

En comparació amb les subestacions prefabricades estil europeu, les subestacions de caixa estil americà tenen avantatges com una estructura compacta, hermetització total, volum reduït, utilització de clavijes de cable de cotovia, ausència de protecció de gas i operació i manteniment facilitats. Les subestacions de caixa estil americà es fan servir principalment en xarxes de distribució urbana, com a zones residencials, parcs industrials, centres comercials i altres llocs d'abastament. En els darrers anys, s'han utilitzat ampliament com a transformadors d'augment per a aerogeneradors. El seu esquema elèctric típic ( bàsicament el mateix que el aplicat a la xarxa de distribució) es mostra a la Figura 1. Conformant-se als requisits de la xarxa de distribució, les subestacions de caixa estil americà estan equipades amb les següents proteccions corresponents:

• Fusibles de clavija immersos en oli, que es fonen quan es produeix un defecte de curtcircuí al costat de baixa tensió del transformador;

• Fusibles limitadors de corrent immersos en oli, que es fonen ràpidament per tallar el transformador quan es produeix un defecte de curtcircuí al costat de alta tensió dins del transformador, prevenint l'ampliació de l'accident.

• Un interruptor de càrrega interconnectat en tres fases, immers en oli, que pot completar l'operació de tancament del transformador amb càrrega;

• Un interruptor intel·ligent (o fusible desconnectant), principalment utilitzat per protegir el costat de càrrega.

Simplificació de la configuració de protecció de les subestacions de caixa estil americà

Principis de simplificació

Un transformador estil americà fa referència a un transformador que conserva les característiques bàsiques d'una subestació de caixa estil americà, com la seva estructura, radiadors ondulats, ausència de protecció de gas, vànies de descompressió i fusibles limitadors de corrent. Tanmateix, simplifica els dispositius de protecció. Basant-se en la resum de l'experiència d'operació eòlica, alguns components de la seva protecció de xarxa s'eliminen, fent-ne un transformador específic per a energia eòlica.

Configuració de protecció simplificada

Tecnològicament, és factible eliminar els components de protecció de xarxa de les subestacions de caixa estil americà aplicades a l'energia eòlica. Les línies recaptadores estan equipades amb dispositius de protecció fiables (instal·lats a la subestació d'augment). Les línies recaptadores necessiten connectar-se a la subestació d'augment, i després d'elevar la tensió, connectar-se al sistema. La subestació d'augment estableix protecció de línia per cada línia recaptadora respectivament. L'àmbit de protecció no només cobreix les línies recaptadores sinó que també s'estén a la subestació de caixa i els aerogeneradors. Un cop es produeix un curtcircuí o altres defectes en una certa línia, la protecció de línia actua i talla aquesta línia. Els aerogeneradors estan equipats amb un conjunt complet de dispositius de protecció de xarxa (instal·lats a la cabina de control terrestre). Un cop es produeix un defecte o anormalitat de xarxa, la protecció de l'aerogenerador actua i talla l'aerogenerador (aquí, la xarxa es refereix al sistema de línies recaptadores i subestació de caixa). La Taula 1 mostra la protecció de xarxa establerta pel fabricant d'aerogeneradors.

Algunes de les configuracions de protecció de les subestacions de caixa són relativament simples. Les seves funcions de protecció són molt inferiors a les de la protecció de línies recaptadores i aerogeneradors, formant una protecció creuada redundànt. Per tant, la protecció de xarxa configurada en les subestacions de caixa és innecessària i es pot eliminar. L'àmbit de protecció i les funcions dels interruptors intel·ligents poden ser completament substituïdes per la protecció de xarxa dels aerogeneradors. Alhora, eliminar alguns components innecessaris, com els interruptors de càrrega i els fusibles de clavija, ajuda a reduir els punts potencials d'accidents i millora la fiabilitat operativa de l'equipament.

Ajustos de protecció de les subestacions de caixa estil americà simplificades

Per assegurar que les subestacions de caixa estil americà simplificades puguin complir amb els requisits operatius dels parcs eòlics, l'Institut de Recerca Elèctrica de la Compania Elèctrica de Jilin va organitzar 18 experts de la Compania Elèctrica de Jilin, la Compania Microelectrònica de Beijing Sifang, la Compania Datang Jilin i altres unitats per demostrar i revisar atentament la configuració de les subestacions de caixa estil americà simplificades. Va ser reconegut que la subestació de caixa estil americà simplificada és un transformador dedicat a l'energia eòlica, desenvolupat basant-se en la digestió de la tecnologia de les subestacions de caixa estil americà. Tècnicament, compleix plenament amb els requisits per a l'operació segura i fiable de les unitats d'aerogeneradors, té bons beneficis econòmics i pot ser ampliament promoguda i utilitzada en parcs eòlics. La configuració de la subestació de caixa estil americà simplificada es mostra a la Figura 2.

Anàlisi tècnica i econòmica

Actualment, la majoria dels parcs eòlics adopten les subestacions de caixa estil americà dissenyades originalment, les quals tenen funcions de protecció complexes que no són adequades per als sistemes eòlics. Utilitzar subestacions de caixa estil americà simplificades pot reduir significativament els costos d'equipament, aportant bons beneficis socials i econòmics. Càlculs preliminars mostren que el cost de cada unitat es pot reduir aproximadament en 30.000 yuans.

Després d'eliminar alguns components innecessaris com els interruptors de càrrega, els fusibles de clavija i els interruptors intel·ligents, el nombre de punts potencials d'accidents es redueix, disminuint enormement la probabilitat d'accidents. L'operació és simple, còmoda, segura i fiable, amb una reducció substancial de la càrrega de treball de manteniment. Les subestacions de caixa estil americà simplificades s'han aplicat en alguns parcs eòlics de la província de Jilin, assolint beneficis socials i econòmics evidents.