미국식 박스형 변압기를 장착한 풍력터빈의 간소화된 구성

풍력 발전은 재생 가능하고 깨끗한 에너지원으로서 비교적 성숙한 기술을 가지고 있으며, 최근 중국에서 빠른 발전을 보이고 있습니다. 2010년까지 총 설치 용량이 1.8×10⁴ MW에 이를 것으로 추정됩니다. 풍력 발전은 짧은 건설 기간, 빠른 효과, 그리고 가장 비용 효율적인 장점이 있습니다. 일반적으로 50-MW 풍력 발전소를 건설하는 데는 약 1년이 소요됩니다. 완공 후 운영 비용은 낮고, 운영 및 유지보수 작업량은 상대적으로 적습니다.

풍력 발전소에 선택된 승압 변압기 개요

각 풍력 터빈 단위에는 승압 변압기가 장착되어 있으며, 이는 생성된 전압(0.69 kV)을 올려 풍력 발전소 내 수집선에 연결하는 데 사용됩니다. "하나의 기계-하나의 변압기"라는 단위 연결 모드가 배선에 채택되었습니다. 수집선은 풍력 발전소의 승압 변전소를 통해 전력망에 연결됩니다. 현재 주로 선택되는 변압기는 일반 유침식 변압기(덜 자주 사용됨), 유럽식 조립식 변전소, 미국식 조립식 변전소(미국식 박스형 변전소라고도 함)입니다. 그 중 미국식 박스형 변전소가 현재 더 많이 사용되고 있습니다.

유럽식 조립식 변전소와 비교해 보면, 미국식 박스형 변전소는 구조가 컴팩트하며, 완전 밀폐형이며, 부피가 작으며, 엘보우형 케이블 플러그를 사용하며, 가스 보호가 없으며, 운영 및 유지보수가 편리합니다. 미국식 박스형 변전소는 주거 지역, 산업단지, 상업 중심지 등 도시 배전망에서 주로 사용되며, 최근에는 풍력 터빈을 지원하는 승압 변압기로 널리 사용되고 있습니다. 그들의 전형적인 전기 배선 방안(배전망에서 적용되는 것과 기본적으로 동일함)은 도표 1에 표시되어 있습니다. 배전망의 요구 사항에 따라 미국식 박스형 변전소는 다음과 같은 보호장치가 장착되어 있습니다:

• 유침식 플러그 인 퓨즈는 변압기의 저전압 측에서 단락 고장이 발생할 때 작동하여 분 단합니다;

• 유침식 제한 퓨즈는 변압기 내부 고전압 측에서 단락 고장이 발생할 때 빠르게 분 단하여 변압기를 차단하고 사고 확장을 방지합니다.

• 유침식 3상 연동 부하 스위치는 부하를 가진 상태에서 변압기의 폐합 작동을 완료할 수 있습니다;

• 지능형 회로 차단기(또는 퓨즈 분리 스위치)는 주로 부하 측을 보호하는 데 사용됩니다.

미국식 박스형 변전소 보호 구성의 단순화

단순화 원칙

미국식 변압기는 미국식 박스형 변전소의 구조, 파형 라디에이터, 가스 보호의 부재, 압력 해제 밸브, 제한 퓨즈 등의 기본 특성을 유지하면서, 보호 장치를 단순화한 변압기를 의미합니다. 풍력 운영 경험을 바탕으로 일부 그리드 보호 구성 요소를 제거하여, 이는 풍력 전용 변압기가 됩니다.

단순화된 보호 구성

풍력에 적용되는 미국식 박스형 변전소에서 그리드 보호 구성 요소를 제거하는 것은 기술적으로 가능합니다. 수집선은 신뢰성 있는 보호 장치(승압 변전소에 설치됨)를 갖추고 있으며, 수집선은 승압 변전소에 연결되어, 전압을 올린 후 시스템에 연결됩니다. 승압 변전소는 각 수집선에 대해 선 보호를 설정합니다. 보호 범위는 수집선뿐만 아니라 박스형 변전소와 풍력 터빈까지 확장됩니다. 특정 선에서 단락이나 기타 고장이 발생하면, 선 보호가 작동하여 해당 선을 분 단합니다. 풍력 터빈은 완전한 세트의 그리드 보호 장치(지상 제어 캐비닛에 설치됨)를 장착하고 있으며, 그리드 고장이나 이상이 발생하면 풍력 터빈 보호가 작동하여 풍력 터빈을 분 단합니다(여기서 그리드는 수집선과 박스형 변전소 시스템을 의미). 표 1은 풍력 터빈 제조사가 설정한 그리드 보호를 나타냅니다.

박스형 변전소의 일부 보호 구성은 상대적으로 단순하며, 그 보호 기능은 수집선 보호와 풍력 터빈 보호보다 크게 떨어지고, 중복적인 교차 보호를 형성합니다. 따라서 박스형 변전소에서 구성된 그리드 보호는 불필요하며 제거할 수 있습니다. 지능형 회로 차단기의 보호 범위와 기능은 풍력 터빈의 그리드 보호로 완전히 대체될 수 있습니다. 또한 부하 스위치와 플러그 인 퓨즈와 같은 불필요한 구성 요소를 제거하면 잠재적인 사고 포인트를 줄이고, 설비의 운전 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

단순화된 미국식 박스형 변전소의 보호 설정

단순화된 미국식 박스형 변전소가 풍력 발전소의 운전 요구 사항을 충족할 수 있도록 하기 위해, 길림 전력 연구소는 길림 전력회사, 북경 시방 마이크로전자 회사, 대당 길림 회사 등 18명의 전문가를 조직하여 단순화된 미국식 박스형 변전소의 구성에 대해 세심하게 검토 및 검토했습니다. 단순화된 미국식 박스형 변전소는 미국식 박스형 변전소 기술을 소화한 토대로 개발된 풍력 전용 변압기로, 기술적으로 풍력 터빈 단위의 안전하고 신뢰성 있는 운전 요구 사항을 충분히 충족하며, 좋은 경제적 이익을 가져다주며, 풍력 발전소에서 널리 보급 및 사용될 수 있다는 것이 인정되었습니다. 단순화된 미국식 박스형 변전소의 구성을 도표 2에 표시하였습니다.

기술적 및 경제적 분석

현재 대부분의 풍력 발전소는 원래 설계된 미국식 박스형 변전소를 채택하고 있으며, 복잡한 보호 기능은 풍력 시스템에 적합하지 않습니다. 단순화된 미국식 박스형 변전소를 사용하면 설비 비용을 크게 줄일 수 있어, 좋은 사회적 및 경제적 이익을 가져다줍니다. 예비 계산에 따르면, 각 단위 당 비용을 약 30,000 위안 정도 줄일 수 있습니다.

부하 스위치, 플러그 인 퓨즈, 지능형 회로 차단기와 같은 불필요한 구성 요소를 제거함으로써 잠재적인 사고 포인트가 줄어들어, 사고 발생 확률이 크게 감소합니다. 운전은 간단하고 편리하며, 안전하고 신뢰성이 높으며, 유지보수 작업량이 크게 줄어듭니다. 단순화된 미국식 박스형 변전소는 길림성의 일부 풍력 발전소에서 적용되어, 명백한 사회적 및 경제적 이익을 거두었습니다.