Zjednodušená konfigurace větrných turbín vybavených americkými bedněnými transformátory
Výroba elektřiny z větru, jako obnovitelné a čisté zdroje energie, má relativně zralou technologii a v posledních letech zažila rychlý rozvoj v Číně. Odhaduje se, že do roku 2010 bude celková instalovaná kapacita dosahovat 1,8×10⁴ MW. Výroba elektřiny z větru se charakterizuje krátkým stavebním obdobím, rychlými výsledky a nejvýhodnější cenou. Typicky trvá pouze asi jeden rok postavit větrný park o výkonu 50 MW. Po dokončení jsou provozní náklady nízké a údržbové nároky jsou relativně malé.
Přehled vybraných transformátorů pro zvedání napětí pro větrné parky
Každá jednotka větrné turbíny je vybavena transformátorem pro zvedání napětí, který se používá k zvednutí vygenerovaného napětí (0,69 kV) a jeho připojení k vnitřním sběrným čáram větrného parku. Používá se spojovací režim „jedna turbína – jeden transformátor“. Sběrné čáry jsou připojeny k elektrické síti prostřednictvím transformátoru pro zvedání napětí větrného parku. Aktuálně se zejména používají tři typy transformátorů: běžné olejové transformátory (méně často používané), evropské předmontované transformátory a americké předmontované transformátory (nazývané americké boxové transformátory). Z nich se v současnosti nejčastěji používají americké boxové transformátory.
Ve srovnání s evropskými předmontovanými transformátory mají americké boxové transformátory výhody kompaktní konstrukce, plného uzavření, malého objemu, použití kolenních kabelových konektorů, absence plynové ochrany a snadného obsluhování a údržby. Americké boxové transformátory se hlavně používají v městských distribučních sítích, jako jsou bytové oblasti, průmyslové zóny, obchodní centra a další místa dodávky energie. V posledních letech se široce používají jako transformátory pro zvedání napětí podporující větrné turbíny. Jejich typické elektrické schéma zapojení (v podstatě stejné jako to, které se používá v distribuční síti) je znázorněno na obrázku 1. V souladu s požadavky distribuční sítě jsou americké boxové transformátory vybaveny následujícími odpovídajícími ochrannými prvky:
Olejové zapichovací pojistky, které spalují při výskytu přehození na nižším napětí transformátoru;
Olejové omezující pojistky, které rychle spálí a odpojí transformátor při výskytu přehození na vyšším napětí uvnitř transformátoru, aby zabránily rozšíření nehody.
Třífázový zapojený nákladový spínač, ponořený v oleji, který může dokončit zavření transformátoru s nákladem;
Inteligentní spínač (nebo pojistkový odpojovač), primárně používaný k ochraně strany nákladu.
Zjednodušení ochranné konfigurace amerických boxových transformátorů
Zásady zjednodušení
Americký transformátor znamená transformátor, který zachovává základní vlastnosti amerického boxového transformátoru, jako je jeho konstrukce, hrbolaté chladiče, absence plynové ochrany, propouštěcí ventil a omezující pojistky. Nicméně, zjednodušuje ochranné prvky. Na základě shrnutí zkušeností s provozem větrné energie byly odstraněny některé komponenty ochrany sítě, což z něj dělá specifický transformátor pro větrnou energii.
Zjednodušená ochranná konfigurace
Je technicky možné odstranit komponenty ochrany sítě z amerických boxových transformátorů používaných v větrné energii. Sběrné čáry jsou vybaveny spolehlivými ochrannými prvky (instalovanými v transformátoru pro zvedání napětí). Sběrné čáry musí být připojeny k transformátoru pro zvedání napětí a po zvednutí napětí jsou připojeny k systému. Transformátor pro zvedání napětí nastavuje ochranu každé sběrné čáry. Ochranný rozsah pokrývá nejen sběrné čáry, ale také sahá do boxového transformátoru a větrných turbin. Jakmile dojde k přehození nebo jiné poruše na určité čáře, ochrana čáry zasáhne a odpojí tu čáru. Větrné turbíny jsou vybaveny kompletním sadem ochranných prvků sítě (instalovaných v řídicím skříni na zemi). Jakmile dojde k poruše nebo nepravidelnosti v síti, ochrana větrné turbíny zasáhne a odpojí větrnou turbínu (zde se sítí myslí sběrná čára a systém boxového transformátoru). Tabulka 1 ukazuje ochranu sítě nastavenou výrobci větrných turbin.
Některé ochranné konfigurace boxových transformátorů jsou relativně jednoduché. Jejich ochranné funkce jsou mnohem horší než ochrana sběrných čar a větrných turbin a tvoří redundantní křížovou ochranu. Proto není potřeba ochrana sítě nastavená v boxových transformátorech a lze ji odstranit. Rozsah a funkce inteligentních spínačů mohou být úplně nahrazeny ochranou sítě větrných turbin. Současně eliminace některých nepotřebných komponent, jako jsou nákladové spínače a zapichovací pojistky, pomáhá snížit potenciální body nehod a zlepšit provozní spolehlivost zařízení.
Nastavení ochrany zjednodušených amerických boxových transformátorů
Aby bylo zajištěno, že zjednodušené americké boxové transformátory splňují provozní požadavky větrných parků, organizoval Výzkumný ústav Elektřiny Jilinské elektrárny Co., Ltd. 18 odborníků z Jilinské elektrárny Co., Ltd., Pekingské Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilinské společnosti a dalších jednotek pečlivé demonstrace a revize konfigurace zjednodušených amerických boxových transformátorů. Bylo uznáno, že zjednodušený americký boxový transformátor je speciální transformátor pro větrnou energii, vyvinutý na základě zpracování technologie amerických boxových transformátorů. Technologicky plně splňuje požadavky na bezpečné a spolehlivé fungování jednotek větrných turbin, má dobré ekonomické výhody a může být široce propagován a používán v větrných parcích. Konfigurace zjednodušeného amerického boxového transformátoru je znázorněna na obrázku 2.
Technická a ekonomická analýza
Většina větrných parků v současnosti používá původně navržené americké boxové transformátory, jejichž složité ochranné funkce nejsou vhodné pro větrné systémy. Použití zjednodušených amerických boxových transformátorů může výrazně snížit náklady na zařízení, přinášejíc dobrou sociální a ekonomickou výhodu. Předběžné výpočty ukazují, že náklady na každou jednotku lze snížit přibližně o 30 000 yuanů.
Po odstranění některých nepotřebných komponent, jako jsou nákladové spínače, zapichovací pojistky a inteligentní spínače, se sníží počet potenciálních bodů nehod, což výrazně sníží pravděpodobnost výskytu nehod. Provoz je jednoduchý, pohodlný, bezpečný a spolehlivý, s výrazným snížením pracovního zatížení údržby. Zjednodušené americké boxové transformátory byly použity v některých větrných parcích v provincii Jilin, dosahují zřetelných sociálních a ekonomických výhod.
