Una configurazione semplificata di turbine eoliche dotate di trasformatori a scatola di tipo americano

La produzione di energia eolica, come fonte di energia rinnovabile e pulita, ha una tecnologia relativamente matura e ha testimoniato uno sviluppo rapido in Cina negli ultimi anni. Si stima che entro il 2010, la capacità installata totale raggiungerà 1,8×10⁴ MW. La produzione di energia eolica è caratterizzata da un breve periodo di costruzione, risultati rapidi e vantaggi economici. In genere, ci vuole solo circa un anno per costruire un parco eolico da 50 MW. Dopo il completamento, i costi di funzionamento sono bassi e il carico di manutenzione è relativamente ridotto.

Panoramica dei Trasformatori Elevatori Selezione per Parchi Eolici

Ogni unità di turbina eolica è dotata di un trasformatore elevatore, utilizzato per aumentare la tensione generata (0,69 kV) e collegarla alle linee di raccolta interne del parco eolico. Viene adottato il modo di connessione "una macchina - un trasformatore" per il cablaggio. Le linee di raccolta sono collegate alla rete elettrica attraverso la sottostazione elevatrice del parco eolico. Attualmente, i trasformatori selezionati includono principalmente tre tipi: trasformatori a olio immerso comuni (meno comunemente utilizzati), sottostazioni prefabbricate all'europea e sottostazioni prefabbricate all'americana (denominate anche sottostazioni a scatola all'americana). Tra questi, le sottostazioni a scatola all'americana sono attualmente utilizzate più frequentemente.

In confronto alle sottostazioni prefabbricate all'europea, le sottostazioni a scatola all'americana presentano i vantaggi di una struttura compatta, sigillatura completa, volume ridotto, utilizzo di connettori a gomito, assenza di protezione a gas e manutenzione e operatività conveniente. Le sottostazioni a scatola all'americana sono principalmente utilizzate nelle reti di distribuzione urbana, come aree residenziali, parchi industriali, centri commerciali e altri luoghi di fornitura di energia. Negli ultimi anni, sono state ampiamente utilizzate come trasformatori elevatori di supporto per turbine eoliche. Il loro schema di cablaggio elettrico tipico (basilmente lo stesso applicato nella rete di distribuzione) è mostrato nella Figura 1. In conformità con i requisiti della rete di distribuzione, le sottostazioni a scatola all'americana sono dotate delle seguenti protezioni corrispondenti:

• Fusibili a inserimento a olio, che si fondono in caso di guasto a cortocircuito sul lato a bassa tensione del trasformatore;

• Fusibili limitatori di corrente a olio, che si fondono rapidamente per isolare il trasformatore in caso di guasto a cortocircuito sul lato ad alta tensione all'interno del trasformatore, prevenendo l'espansione dell'incidente.

• Un interruttore di carico trifase a interblocco, immerso in olio, che può completare l'operazione di chiusura del trasformatore con carico;

• Un interruttore intelligente (o interruttore a fusibile), utilizzato principalmente per proteggere il lato di carico.

Semplificazione della Configurazione di Protezione delle Sottostazioni a Scatola All'americana

Principi di Semplificazione

Un trasformatore all'americana si riferisce a un trasformatore che mantiene le caratteristiche fondamentali di una sottostazione a scatola all'americana, come la sua struttura, i radiatori ondulati, l'assenza di protezione a gas, valvole di rilascio di pressione e fusibili limitatori di corrente. Tuttavia, semplifica i dispositivi di protezione. Basandosi sulla sintesi dell'esperienza operativa dell'energia eolica, alcuni componenti della sua protezione di rete vengono rimossi, rendendolo un trasformatore specificamente utilizzato per l'energia eolica.

Configurazione di Protezione Semplificata

È tecnicamente fattibile rimuovere i componenti di protezione di rete dalle sottostazioni a scatola all'americana applicate nell'energia eolica. Le linee di raccolta sono dotate di dispositivi di protezione affidabili (installati nella sottostazione elevatrice). Le linee di raccolta devono essere collegate alla sottostazione elevatrice, e dopo aver aumentato la tensione, sono collegate al sistema. La sottostazione elevatrice imposta la protezione della linea per ciascuna linea di raccolta rispettivamente. L'intervallo di protezione non copre solo le linee di raccolta ma si estende anche alla sottostazione a scatola e alle turbine eoliche. Una volta che si verifica un cortocircuito o altri guasti su una certa linea, la protezione della linea agirà e disconnetterà quella linea. Le turbine eoliche sono dotate di un completo set di dispositivi di protezione di rete (installati nel quadro di controllo a terra). In caso di guasto o anomalia di rete, la protezione della turbina eolica agirà e isolerà la turbina eolica (qui, la rete si riferisce al sistema di linee di raccolta e sottostazione a scatola). La Tabella 1 mostra la protezione di rete impostata dal produttore di turbine eoliche.

Alcune configurazioni di protezione delle sottostazioni a scatola sono relativamente semplici. Le loro funzioni di protezione sono ben inferiori a quelle della protezione delle linee di raccolta e delle turbine eoliche, formando una protezione incrociata ridondante. Pertanto, la protezione di rete configurata nelle sottostazioni a scatola è inutile e può essere rimossa. L'intervallo di protezione e le funzioni degli interruttori intelligenti possono essere completamente sostituiti dalla protezione di rete delle turbine eoliche. Nel frattempo, l'eliminazione di alcuni componenti inutili, come gli interruttori di carico e i fusibili a inserimento, aiuta a ridurre i punti potenziali di incidente e migliorare l'affidabilità operativa dell'equipaggiamento.

Impostazioni di Protezione delle Sottostazioni a Scatola All'americana Semplificate

Per garantire che le sottostazioni a scatola all'americana semplificate possano soddisfare i requisiti operativi dei parchi eolici, l'Istituto di Ricerca Elettrica della Jilin Electric Power Co., Ltd. ha organizzato 18 esperti dalla Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company e altre unità per dimostrare e revisionare attentamente la configurazione delle sottostazioni a scatola all'americana semplificate. È stato riconosciuto che la sottostazione a scatola all'americana semplificata è un trasformatore dedicato per l'energia eolica, sviluppato in base alla digestione della tecnologia delle sottostazioni a scatola all'americana. Tecnicamente, soddisfa pienamente i requisiti per l'operatività sicura e affidabile delle unità di turbine eoliche, ha buoni benefici economici e può essere ampiamente promosso e utilizzato nei parchi eolici. La configurazione della sottostazione a scatola all'americana semplificata è mostrata nella Figura 2.

Analisi Tecnica ed Economica

Attualmente, la maggior parte dei parchi eolici adotta le sottostazioni a scatola all'americana progettate originariamente, le cui funzioni di protezione complesse non sono adatte ai sistemi di energia eolica. Utilizzare sottostazioni a scatola all'americana semplificate può ridurre significativamente i costi di equipaggiamento, portando benefici sociali ed economici. I calcoli preliminari mostrano che il costo di ogni unità può essere ridotto di circa 30.000 yuan.

Dopo l'eliminazione di alcuni componenti inutili come gli interruttori di carico, i fusibili a inserimento e gli interruttori intelligenti, il numero di punti potenziali di incidente è ridotto, diminuendo notevolmente la probabilità di incidenti. L'operatività è semplice, comoda, sicura e affidabile, con una riduzione sostanziale del carico di manutenzione. Le sottostazioni a scatola all'americana semplificate sono state applicate in alcuni parchi eolici nella Provincia di Jilin, ottenendo evidenti benefici sociali ed economici.