En forenklet konfiguration af vindmøller udstyret med amerikansk-styled kasttransformatorer

Vindkraft er en fornyelig og ren energikilde, der har en relativt moden teknologi og har oplevet hurtig udvikling i Kina i de seneste år. Det estimeres, at den samlede installerede kapacitet vil nå 1,8×10⁴ MW i 2010. Vindkraft er karakteriseret ved en kort konstruktionsperiode, hurtige resultater og de mest kostnadseffektive fordele. Typisk tager det kun omkring et år at bygge en 50-MW vindpark. Efter færdiggørelse er driftsomkostningerne lave, og drifts- og vedligeholdelsesarbejdet er relativt lille.

Overblik over spændingsforhøjende transformatorer valgt til vindparker

Hver vindturbinenhed er udstyret med en spændingsforhøjende transformator, der anvendes til at forhøje den genererede spænding (0,69 kV) og forbinde den til vindparkens interne samlingslinjer. Forbindelsesmåden "en maskine - en transformator" anvendes til kablingsforholdene. Samlingslinjerne er forbundet til strømnettet gennem vindparkens spændingsforhøjende understation. I øjeblikket inkluderer de valgte transformatorer hovedsageligt tre typer: almindelige olieindløbne transformatorer (mindre anvendt), europæiske fabriksmonterede understationer og amerikanske fabriksmonterede understationer (også kendt som amerikanske boksunderstationer). Af disse bruges amerikanske boksunderstationer i øjeblikket oftere.

I forhold til europæiske fabriksmonterede understationer har amerikanske boksunderstationer fordele som kompakt struktur, fuld tæthedsafslutning, lille volumen, brug af albueslangekontakter, fravær af gasbeskyttelse og nem drift og vedligeholdelse. Amerikanske boksunderstationer anvendes hovedsageligt i byforsyningsnet, såsom boligområder, industriområder, handelscentre og andre strømforsyningssteder. I de seneste år har de været bredt anvendt som spændingsforhøjende transformatorer, der understøtter vindturbiner. Deres typiske elektriske kablingsopstilling (i princippet den samme, som anvendes i forsyningsnetværket) vises på figur 1. I overensstemmelse med forsyningsnetværkets krav er amerikanske boksunderstationer udstyret med følgende tilsvarende beskyttelser:

• Olieindløbne stoppere, der bliver igangsat, når der opstår en kortslutningsfejl på lavspændings siden af transformatorerne;

• Olieindløbne strømbegrænsende stoppere, der hurtigt bliver igangsat for at skære fra transformatorerne, når der opstår en kortslutningsfejl indeni transformatorerne på højspændings siden, for at forhindre, at ulykken udvides.

• En trefas-forbundet belastningskontakt, indløbet i olie, der kan udføre slukningsoperationen af transformatorerne med belastning;

• En intelligent kreditslukker (eller stoptilstandskontakt), hovedsageligt anvendt til at beskytte belastnings siden.

Forkortelse af beskyttelseskonfigurationen for amerikanske boksunderstationer

Forkortelsesprincipper

En amerikansk transformator henviser til en transformator, der bevarer de grundlæggende egenskaber af en amerikansk boksunderstation, som dens struktur, buede radiatorer, fravær af gasbeskyttelse, trykafsløsningsventiler og strømbegrænsende stoppere. Den forkorter dog beskyttelsesenhederne. Baseret på en resumé af erfaringer med vindkraftdrift fjernes nogle komponenter af dets netbeskyttelse, hvilket gør det til en specifik transformator, der anvendes til vindkraft.

Forkortet beskyttelseskonfiguration

Det er teknisk muligt at fjerne netbeskyttelseskompontenerne fra amerikanske boksunderstationer, der anvendes i vindkraft. Samlingslinjerne er udstyret med pålidelige beskyttelsesenheder (installeret i spændingsforhøjende understationen). Samlingslinjerne skal forbindes til spændingsforhøjende understationen, og efter spændingsforhøjelsen forbinder de sig til systemet. Spændingsforhøjende stationen indstiller linjebeskyttelse for hver samlingslinje separat. Beskyttelsesområdet dækker ikke bare samlingslinjerne, men strækker sig også til boksunderstationen og vindturbinerne. Når der opstår en kortslutning eller andre fejl på en bestemt linje, vil linjebeskyttelsen gribe ind og skære fra denne linje. Vindturbinerne er udstyret med et komplekset netbeskyttelsessystem (installeret i styringskabinetet på jorden). Når der opstår en netfejl eller anormalitet, griber vindturbinbeskyttelsen ind og skærer fra vindturbinen (her refererer nettet til samlingslinjen og boksunderstations systemet). Tabel 1 viser netbeskyttelsen, der er sat op af vindturbinproducenten.

Nogle af beskyttelseskonfigurationerne for boksunderstationer er relativt simple. Deres beskyttelsesfunktioner er langt mindre end dem for samlingslinjebeskyttelsen og vindturbinbeskyttelsen, og de danner redundante krydsbeskyttelser. Derfor er netbeskyttelsen, der er konfigureret i boksunderstationer, unødvendig og kan fjes. Beskyttelsesområdet og funktionerne for intelligente kreditslukkere kan helt erstattes af vindturbinernes netbeskyttelse. Samtidig bidrager fjernelsen af nogle unødvendige komponenter, som belastningskontakter og indstikkablestoppere, til at reducere potentielle ulykkespunkter og forbedre udstyrets driftssikkerhed.

Beskyttelsesindstillinger for forkortede amerikanske boksunderstationer

For at sikre, at de forkortede amerikanske boksunderstationer kan opfylde vindparkers driftsbehov, organiserede Jilin Electric Power Co., Ltd.'s Elektricitetsforskningsinstitut 18 eksperter fra Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company og andre enheder til at demonstrere og revidere konfigurationen af de forkortede amerikanske boksunderstationer nøje. Det blev anerkendt, at de forkortede amerikanske boksunderstationer er dedikerede transformatorer til vindkraft, udviklet baseret på fordøjelse af teknologi for amerikanske boksunderstationer. Teknologisk opfylder de fuldt ud kravene til sikker og pålidelig drift af vindturbinenheder, har gode økonomiske fordele og kan bredt fremmes og anvendes i vindparker. Konfigurationen af de forkortede amerikanske boksunderstationer vises på figur 2.

Teknisk og økonomisk analyse

De fleste vindparker anvender i øjeblikket originaldesignede amerikanske boksunderstationer, hvis komplekse beskyttelsesfunktioner ikke er egnet til vindkraftsystemer. Ved at anvende forkortede amerikanske boksunderstationer kan udstyrskommerne reduceres betydeligt, hvilket bringer gode sociale og økonomiske fordele. Foreløbige beregninger viser, at kostprisen for hver enhed kan reduceres med ca. 30.000 yuan.

Efter fjernelse af nogle unødvendige komponenter som belastningskontakter, indstikkablestoppere og intelligente kreditslukkere, er antallet af potentielle ulykkespunkter reduceret, hvilket betydeligt formindsker ulykke-sandsynligheden. Driften er simpel, bekvem, sikker og pålidelig, med en betydelig reduktion i vedligeholdelsesarbejde. Forkortede amerikanske boksunderstationer er anvendt i nogle vindparker i Jilin-provinsen, hvor de har opnået klare sociale og økonomiske fordele.