Une configuration simplifiée d'éoliennes équipées de transformateurs américains de type boîtier
La production d'énergie éolienne, en tant que source d'énergie renouvelable et propre, bénéficie d'une technologie relativement mature et a connu un développement rapide en Chine ces dernières années. On estime qu'à l'horizon 2010, la capacité installée totale atteindra 1,8×10⁴ MW. La production d'énergie éolienne se caractérise par une période de construction courte, des résultats rapides et des avantages les plus économiques. Il faut généralement environ un an pour construire une ferme éolienne de 50 MW. Après la mise en service, le coût d'exploitation est faible et la charge de travail d'exploitation et de maintenance est relativement réduite.
Présentation des transformateurs de montée de tension sélectionnés pour les parcs éoliens
Chaque unité d'éolienne est équipée d'un transformateur de montée de tension, qui sert à augmenter la tension générée (0,69 kV) et à la connecter aux lignes collectrices internes du parc éolien. Le mode de connexion unitaire "une machine - un transformateur" est adopté pour le câblage. Les lignes collectrices sont connectées au réseau électrique via la sous-station de montée de tension du parc éolien. Actuellement, les transformateurs sélectionnés comprennent principalement trois types : les transformateurs à huile ordinaires (moins couramment utilisés), les postes préfabriqués de style européen et les postes préfabriqués de style américain (appelés postes de type boîtier américain). Parmi eux, les postes de type boîtier américain sont actuellement utilisés plus fréquemment.
Comparés aux postes préfabriqués de style européen, les postes de type boîtier américain présentent les avantages d'une structure compacte, d'une étanchéité totale, d'un volume réduit, de l'utilisation de prises de câbles à coudes, de l'absence de protection gazeuse et d'une opération et maintenance faciles. Les postes de type boîtier américain sont principalement utilisés dans les réseaux de distribution urbains, tels que les zones résidentielles, les parcs industriels, les centres commerciaux et d'autres lieux d'alimentation en électricité. Ces dernières années, ils ont été largement utilisés comme transformateurs de montée de tension supportant les éoliennes. Leur schéma électrique typique (essentiellement le même que celui appliqué dans le réseau de distribution) est montré à la Figure 1. Conformément aux exigences du réseau de distribution, les postes de type boîtier américain sont équipés des protections suivantes :
Fusibles à insertion trempés dans l'huile, qui fondent en cas de panne de court-circuit sur le côté basse tension du transformateur ;
Fusibles limitateurs de courant trempés dans l'huile, qui fondent rapidement pour couper le transformateur en cas de panne de court-circuit sur le côté haute tension à l'intérieur du transformateur, empêchant ainsi l'accident de s'étendre.
Un interrupteur de charge à trois phases verrouillées, trempé dans l'huile, qui peut effectuer la manœuvre de fermeture du transformateur sous charge ;
Un disjoncteur intelligent (ou commutateur fusible), principalement utilisé pour protéger le côté charge.
Simplification de la configuration de protection des postes de type boîtier américain
Principes de simplification
Un transformateur de style américain désigne un transformateur qui conserve les caractéristiques de base d'un poste de type boîtier américain, telles que sa structure, ses radiateurs ondulés, l'absence de protection gazeuse, les soupapes de décharge de pression et les fusibles limitateurs de courant. Cependant, il simplifie les dispositifs de protection. Sur la base de l'expérience de l'exploitation éolienne, certains composants de sa protection de réseau sont supprimés, en faisant un transformateur spécifiquement utilisé pour l'énergie éolienne.
Configuration de protection simplifiée
Il est techniquement possible de supprimer les composants de protection de réseau des postes de type boîtier américain utilisés dans l'énergie éolienne. Les lignes collectrices sont équipées de dispositifs de protection fiables (installés dans la sous-station de montée de tension). Les lignes collectrices doivent être connectées à la sous-station de montée de tension, et après avoir augmenté la tension, elles sont connectées au système. La sous-station de montée de tension met en place une protection de ligne pour chaque ligne collectrice respectivement. La plage de protection couvre non seulement les lignes collectrices mais s'étend également au poste de type boîtier et aux éoliennes. En cas de court-circuit ou d'autres pannes sur une certaine ligne, la protection de ligne agira et déconnectera cette ligne. Les éoliennes sont équipées d'un ensemble complet de dispositifs de protection de réseau (installés dans le cabinet de contrôle au sol). En cas de panne ou d'anomalie de réseau, la protection de l'éolienne agira et coupera l'éolienne (ici, le réseau fait référence au système de ligne collectrice et de poste de type boîtier). Le tableau 1 montre la protection de réseau définie par le fabricant de l'éolienne.
Certaines configurations de protection des postes de type boîtier sont relativement simples. Leurs fonctions de protection sont nettement inférieures à celles de la protection des lignes collectrices et des éoliennes, et elles forment une protection croisée redondante. Par conséquent, la protection de réseau configurée dans les postes de type boîtier n'est pas nécessaire et peut être supprimée. La portée et les fonctions de protection des disjoncteurs intelligents peuvent être entièrement remplacées par la protection de réseau des éoliennes. De plus, l'élimination de certains composants inutiles, tels que les interrupteurs de charge et les fusibles à insertion, aide à réduire les points potentiels d'accidents et à améliorer la fiabilité opérationnelle de l'équipement.
Réglages de protection des postes de type boîtier américain simplifiés
Pour garantir que les postes de type boîtier américain simplifiés puissent répondre aux exigences opérationnelles des parcs éoliens, l'Institut de Recherche sur l'Électricité de la Compagnie d'Électricité de Jilin a organisé 18 experts de la Compagnie d'Électricité de Jilin, de la Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., de la Datang Jilin Company et d'autres unités pour démontrer et examiner soigneusement la configuration des postes de type boîtier américain simplifiés. Il a été reconnu que le poste de type boîtier américain simplifié est un transformateur dédié à l'énergie éolienne, développé sur la base de la digestion de la technologie des postes de type boîtier américain. D'un point de vue technique, il répond pleinement aux exigences de fonctionnement sûr et fiable des unités d'éoliennes, offre de bons bénéfices économiques et peut être largement promu et utilisé dans les parcs éoliens. La configuration du poste de type boîtier américain simplifié est montrée à la Figure 2.
Analyse technique et économique
La plupart des parcs éoliens adoptent actuellement les postes de type boîtier américain conçus à l'origine, dont les fonctions de protection complexes ne conviennent pas aux systèmes éoliens. L'utilisation de postes de type boîtier américain simplifiés peut réduire considérablement les coûts d'équipement, apportant de bons bénéfices sociaux et économiques. Des calculs préliminaires montrent que le coût de chaque unité peut être réduit d'environ 30 000 yuans.
Après l'élimination de certains composants inutiles tels que les interrupteurs de charge, les fusibles à insertion et les disjoncteurs intelligents, le nombre de points potentiels d'accidents est réduit, diminuant considérablement la probabilité d'accidents. L'exploitation est simple, pratique, sûre et fiable, avec une réduction substantielle de la charge de travail de maintenance. Les postes de type boîtier américain simplifiés ont été appliqués dans certains parcs éoliens de la province de Jilin, réalisant des bénéfices sociaux et économiques évidents.
