Yksinkertainen konfigurointi amerikkalaisilla laatikkomuotoisilla muuntimilla varustetuille tuulivoimaloille

Tuulivoiman tuotanto, joka on uusiutuva ja puhtaan energian lähde, on teknologisesti suhteellisen kypsää ja on viime vuosina kasvanut nopeasti Kiinassa. Arvioidaan, että vuoteen 2010 mennessä asennettu kapasiteetti saavuttaa 1,8×10⁴ MW. Tuulivoiman tuotannon ominaispiirteitä ovat lyhyt rakennusaika, nopeat tulokset ja kustannustehokkuus. Tyypillisesti 50-MW tuulipuiston rakentaminen kestää vain noin yhden vuoden. Rakennuksen jälkeen toimintakustannukset ovat alhaiset, ja huolto- ja ylläpito-työmäärä on suhteellisen pieni.

Tuulipuistoissa käytettyjen pystyntämuuntajien yleiskatsaus

Jokaisessa tuuliturbiinissa on pystyntämuuntaja, jota käytetään tuotetun jänniten (0,69 kV) nostamiseen ja yhdistämiseen tuulipuiston sisäisiin keräilylinjoihin. Yhteyksien muodostamisessa käytetään "yksi laite - yksi muuntaja" -kaavioon perustuvaa wiritystä. Keräilylinjat yhdistetään sähköverkkoon tuulipuiston pystyntäalustan kautta. Tällä hetkellä valittuja muuntajia ovat pääasiassa kolme tyyppiä: tavalliset öljysidottujen muuntajat (vähemmän yleisiä), eurooppalaiset esiasennetut alueet ja amerikkalaiset esiasennetut alueet (tunnetaan myös amerikkalaisena laatikkomuuntajana). Näistä amerikkalaiset laatikkomuuntajat ovat tällä hetkellä eniten käytettyjä.

Eurooppalaisiin esiasennettuihin alueisiin verrattuna amerikkalaisilla laatikkomuuntajeilla on etuja, kuten tiivis rakenne, täysi sulku, pieni tilavuus, käyrämuotoisten kabeliliitosten käyttö, ilman kaasusuojauksia ja helposti hoidettavuus. Amerikkalaisia laatikkomuuntajia käytetään pääasiassa kaupunkisähköverkoissa, kuten asuinalueilla, teollisuusalueilla, kauppakeskuksissa ja muissa sähkövarastointipaikoissa. Viime vuosina niitä on laajasti käytetty tuuliturbiineille tarkoitetuina pystyntämuuntajina. Niiden tyypillinen sähkökaavio (melko samankaltainen kuin verkon sovelluksessa) on näkyvissä kuvassa 1. Sähköverkon vaatimusten mukaisesti amerikkalaiset laatikkomuuntajat on varustettu seuraavilla suojauksilla:

• Öljysidottujen pistoleja, jotka syttyvät kun muuntajan alajännitteisessä osassa tapahtuu liitosvirhe;

• Öljysidottujen rajapistoleja, jotka syttyvät nopeasti leikkaamaan muuntajan, kun muuntajan sisällä korkeajännitteisessä osassa tapahtuu liitosvirhe, estäen onnettomuuden laajentumista.

• Kolmijohdossuuri kytkentä, öljyssä upotettu, jolla voidaan suorittaa muuntajan kytkeminen kuormalla;

• Älykäs vahvakatkaisija (tai pistolelaitteen kytkentä), pääasiassa käytetty kuormituksen suojelemiseen.

Amerikkalaisten laatikkomuuntajien suojauksen yksinkertaistaminen

Yksinkertaistamisen periaatteet

Amerikkalainen muuntaja tarkoittaa muuntajaa, jossa säilytetään amerikkalaisen laatikkomuuntajan perusrakenteet, kuten sen rakenne, vinovuotaimet, ilman kaasusuojauksia, paineen lievitysventtiilit ja rajapistoleet. Se kuitenkin yksinkertaistaa suojalaitteita. Tuulivoiman toiminnan kokemuksen pohjalta joitakin verkonsuojauksen komponentteja on poistettu, mikä tekee siitä erityisesti tuulivoimaan tarkoitetun muuntajan.

Yksinkertaistettu suojauksen konfigurointi

On teknisesti mahdollista poistaa verkonsuojauksen komponentit amerikkalaisista laatikkomuuntajeista, jotka käytetään tuulivoimaan. Keräilylinjoissa on luotettavia suojalaitteita (asennettu pystyntäalustaan). Keräilylinjojen on oltava yhdistetty pystyntäalusta, ja jännitän nostamisen jälkeen ne yhdistetään järjestelmään. Pystyntäasema asettaa linjasuojauksen jokaiselle keräilylinjalle. Suojauksen kattavuus ulottuu ei vain keräilylinjoihin, vaan myös laatikkomuuntajaan ja tuuliturbiineihin. Jos jossain linjassa tapahtuu liitosvirhe tai muu vika, linjasuojauksella toimii ja katkaisee kyseisen linjan. Tuuliturbiinit on varustettu täydellä verkonsuojauksella (asennettu maan päällä olevaan ohjauskabinetissa). Kun verkossa tapahtuu vika tai epänormaalius, tuuliturbiinin suojauksella toimii ja katkaisee tuuliturbin (tässä verkkona tarkoitetaan keräilylinja- ja laatikkomuuntaja-järjestelmää). Taulukko 1 näyttää tuuliturbiinivalmistajan asettaman verkonsuojauksen.

Joitakin laatikkomuuntajien suojauksen konfigurointejä on suhteellisen yksinkertaisia. Niiden suojafunktiot ovat paljon heikompia kuin keräilylinjasuojauksen ja tuuliturbiinisuojausten, ja ne muodostavat turhia risteäviä suojauksia. Siksi laatikkomuuntajissa asetetut verkonsuojaukset eivät ole tarpeen ja niitä voidaan poistaa. Älykkäiden vahvakatkaisijoiden suojauksen kattavuus ja toiminta voidaan täysin korvata tuuliturbiinien verkonsuojauksella. Samalla, kun poistetaan joitakin tarpeettomia komponentteja, kuten kuormituksen kytkentä ja pistolelaitteet, auttaa vähentämään potentiaalisten onnettomuuksien pisteitä ja parantamaan laitteiden toiminnan luotettavuutta.

Yksinkertaistettujen amerikkalaisten laatikkomuuntajien suojauksen asetukset

Varmistaakseen, että yksinkertaistetut amerikkalaiset laatikkomuuntajat voivat täyttää tuulipuistojen toiminnan vaatimukset, Jilin Electric Power Co., Ltd:n sähkötekniikan tutkimuslaitos järjesti 18 asiantuntijaa Jilin Electric Power Co., Ltd:sta, Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd:sta, Datang Jilin Company:sta ja muista yksiköistä, jotta he huolellisesti demonstroivat ja tarkistavat yksinkertaistettujen amerikkalaisten laatikkomuuntajien konfigurointia. He tunnustivat, että yksinkertaistettu amerikkalainen laatikkomuuntaja on tuulivoimaan tarkoitettu erityismuuntaja, joka on kehitetty amerikkalaisen laatikkomuuntajateknologian pohjalta. Teknologisesti se täyttää täysin tuuliturbiinien turvallisen ja luotettavan toiminnan vaatimukset, sillä hyvillä taloudellisilla vaikutuksilla, ja sitä voidaan laajasti edistää ja käyttää tuulipuistoissa. Yksinkertaistetun amerikkalaisen laatikkomuuntajan konfigurointi on näkyvissä kuvassa 2.

Tekninen ja taloudellinen analyysi

Useimmat tuulipuistot käyttävät alkuperäisesti suunniteltuja amerikkalaisia laatikkomuuntajia, joiden monimutkaiset suojafunktiot eivät sovi tuulivoimasysteemeihin. Yksinkertaistettujen amerikkalaisten laatikkomuuntajien käyttö voi merkittävästi vähentää laiterahoja, tuomalla hyviä yhteiskunnallisia ja taloudellisia vaikutuksia. Alustavat laskelmat osoittavat, että kukin yksikkö voidaan vähentää noin 30 000 yuania.

Kun poistetaan joitakin tarpeettomia komponentteja, kuten kuormituksen kytkentä, pistolelaitteet ja älykkäät vahvakatkaisijat, vähenee potentiaalisten onnettomuuksien pisteiden määrä, mikä merkittävästi vähentää onnettomuuksien todennäköisyyttä. Toiminta on yksinkertaista, helposta, turvallista ja luotettavaa, ja huoltotyömäärä vähenee huomattavasti. Yksinkertaistettuja amerikkalaisia laatikkomuuntajia on käytetty joissakin Jilinin maakunnan tuulipuistoissa, ja ne ovat tuoneet selvät yhteiskunnalliset ja taloudelliset vaikutukset.