Konfigurasi sederhana turbin angin yang dilengkapi dengan transformator kotak gaya Amerika

Pembangkit listrik tenaga angin, sebagai sumber energi terbarukan dan bersih, memiliki teknologi yang relatif matang dan telah mengalami perkembangan pesat di China dalam beberapa tahun terakhir. Diperkirakan bahwa pada tahun 2010, kapasitas terpasang total akan mencapai 1.8×10⁴ MW. Pembangkit listrik tenaga angin memiliki karakteristik periode konstruksi yang singkat, hasil cepat, dan keunggulan biaya yang paling efektif. Umumnya, hanya membutuhkan sekitar satu tahun untuk membangun pembangkit angin berkapasitas 50-MW. Setelah selesai, biaya operasi rendah, dan beban operasi serta pemeliharaan relatif kecil.

Tinjauan Umum tentang Trafo Step-up yang Dipilih untuk Pembangkit Angin

Setiap unit turbin angin dilengkapi dengan trafo step-up, yang digunakan untuk meningkatkan tegangan yang dihasilkan (0.69 kV) dan menghubungkannya ke jalur pengumpul internal pembangkit angin. Mode koneksi unit "satu mesin - satu trafo" diterapkan untuk kabel. Jalur pengumpul dihubungkan ke jaringan listrik melalui sub stasiun step-up pembangkit angin. Saat ini, trafo yang dipilih utamanya termasuk tiga jenis: trafo minyak biasa (kurang umum digunakan), sub stasiun pra-fabrikasi gaya Eropa, dan sub stasiun pra-fabrikasi gaya Amerika (disebut juga sub stasiun kotak gaya Amerika). Di antaranya, sub stasiun kotak gaya Amerika saat ini lebih sering digunakan.

Dibandingkan dengan sub stasiun pra-fabrikasi gaya Eropa, sub stasiun kotak gaya Amerika memiliki keunggulan struktur padat, penyegelan penuh, volume kecil, penggunaan stopkontak kabel siku, tidak adanya perlindungan gas, dan operasi serta pemeliharaan yang mudah. Sub stasiun kotak gaya Amerika terutama digunakan dalam jaringan distribusi perkotaan, seperti perumahan, kawasan industri, pusat komersial, dan tempat pasokan listrik lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, mereka telah banyak digunakan sebagai trafo step-up pendukung turbin angin. Skema kabel listrik tipikal mereka (hampir sama dengan yang diterapkan dalam jaringan distribusi) ditunjukkan pada Gambar 1. Sesuai dengan persyaratan jaringan distribusi, sub stasiun kotak gaya Amerika dilengkapi dengan perlindungan berikut:

• Fusible stopkontak minyak, yang meledak ketika terjadi gangguan arus pendek pada sisi tekanan rendah trafo;

• Fusible batas arus minyak, yang meledak dengan cepat untuk memutus trafo ketika terjadi gangguan arus pendek pada sisi tekanan tinggi di dalam trafo, mencegah perluasan kecelakaan.

• Saklar beban tiga fasa yang dikunci, direndam dalam minyak, yang dapat menyelesaikan operasi penutupan trafo dengan beban;

• Pemutus sirkuit cerdas (atau saklar pemutus fusible), terutama digunakan untuk melindungi sisi beban.

Simplifikasi Konfigurasi Perlindungan Sub Stasiun Kotak Gaya Amerika

Prinsip Simplifikasi

Trafo gaya Amerika merujuk pada trafo yang tetap mempertahankan fitur dasar sub stasiun kotak gaya Amerika, seperti strukturnya, radiator bergelombang, tidak adanya perlindungan gas, katup pelepas tekanan, dan fusible batas arus. Namun, ia menyederhanakan perangkat perlindungan. Berdasarkan ringkasan pengalaman operasi tenaga angin, beberapa komponen perlindungan gridnya dihilangkan, menjadikannya trafo khusus untuk tenaga angin.

Konfigurasi Perlindungan yang Disederhanakan

Secara teknis, dapat dilakukan penghapusan komponen perlindungan grid dari sub stasiun kotak gaya Amerika yang diterapkan dalam tenaga angin. Jalur pengumpul dilengkapi dengan perangkat perlindungan yang andal (diinstal di sub stasiun step-up). Jalur pengumpul perlu dihubungkan ke sub stasiun step-up, dan setelah peningkatan tegangan, dihubungkan ke sistem. Sub stasiun step-up menetapkan perlindungan jalur untuk setiap jalur pengumpul secara individual. Rentang perlindungan tidak hanya mencakup jalur pengumpul tetapi juga mencakup sub stasiun kotak dan turbin angin. Begitu terjadi arus pendek atau gangguan lainnya pada suatu jalur, perlindungan jalur akan bertindak dan memutus jalur tersebut. Turbin angin dilengkapi dengan set lengkap perangkat perlindungan grid (diinstal di kabinet kontrol tanah). Begitu terjadi gangguan atau abnormalitas grid, perlindungan turbin angin akan bertindak dan memutus turbin angin (di sini, grid merujuk pada sistem jalur pengumpul dan sub stasiun kotak). Tabel 1 menunjukkan perlindungan grid yang ditetapkan oleh produsen turbin angin.

Beberapa konfigurasi perlindungan sub stasiun kotak relatif sederhana. Fungsi perlindungan mereka jauh lebih rendah dibandingkan perlindungan jalur pengumpul dan perlindungan turbin angin, dan membentuk perlindungan silang yang redundan. Oleh karena itu, perlindungan grid yang dikonfigurasi di sub stasiun kotak tidak perlu dan dapat dihilangkan. Rentang dan fungsi perlindungan pemutus sirkuit cerdas dapat sepenuhnya digantikan oleh perlindungan grid turbin angin. Sementara itu, menghilangkan beberapa komponen yang tidak perlu, seperti saklar beban dan fusible stopkontak, membantu mengurangi titik potensi kecelakaan dan meningkatkan keandalan operasional peralatan.

Pengaturan Perlindungan Sub Stasiun Kotak Gaya Amerika yang Disederhanakan

Untuk memastikan bahwa sub stasiun kotak gaya Amerika yang disederhanakan dapat memenuhi persyaratan operasional pembangkit angin, Lembaga Penelitian Listrik Jilin Electric Power Co., Ltd. mengorganisir 18 ahli dari Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company, dan unit lainnya untuk mendemonstrasikan dan meninjau konfigurasi sub stasiun kotak gaya Amerika yang disederhanakan dengan cermat. Diakui bahwa sub stasiun kotak gaya Amerika yang disederhanakan adalah trafo khusus untuk tenaga angin, dikembangkan berdasarkan pencernaan teknologi sub stasiun kotak gaya Amerika. Secara teknis, ia sepenuhnya memenuhi persyaratan operasi aman dan andal unit turbin angin, memiliki manfaat ekonomi yang baik, dan dapat dipromosikan dan digunakan secara luas di pembangkit angin. Konfigurasi sub stasiun kotak gaya Amerika yang disederhanakan ditunjukkan pada Gambar 2.

Analisis Teknis dan Ekonomi

Sebagian besar pembangkit angin saat ini mengadopsi sub stasiun kotak gaya Amerika desain asli, dengan fungsi perlindungan kompleks yang tidak sesuai untuk sistem tenaga angin. Menggunakan sub stasiun kotak gaya Amerika yang disederhanakan dapat secara signifikan mengurangi biaya peralatan, memberikan manfaat sosial dan ekonomi yang baik. Perhitungan awal menunjukkan bahwa biaya setiap unit dapat dikurangi sekitar 30.000 yuan.

Setelah menghilangkan beberapa komponen yang tidak perlu seperti saklar beban, fusible stopkontak, dan pemutus sirkuit cerdas, jumlah titik potensi kecelakaan berkurang, sangat mengurangi probabilitas kecelakaan. Operasinya sederhana, nyaman, aman, dan andal, dengan pengurangan substansial dalam beban pemeliharaan. Sub stasiun kotak gaya Amerika yang disederhanakan telah diterapkan di beberapa pembangkit angin di Provinsi Jilin, mencapai manfaat sosial dan ekonomi yang jelas.