En forenklet konfigurasjon av vindkraftverk utstyrt med amerikansk-styled kasse-transformatorer

Vindkraft er en fornybar og ren energikilde, med relativt moden teknologi, som har opplevd rask utvikling i Kina de siste årene. Det anslås at den totale installerte effekten vil nå 1,8×10⁴ MW innen 2010. Vindkraftkarakteriseres ved kort byggetid, rask resultater og mest kostnadseffektive fordeler. Vanligvis tar det bare omtrent ett år å bygge en 50-MW vindpark. Etter fullførelse er driftskostnadene lave, og drifts- og vedlikeholdsbelastningen er relativt liten.

Oversikt over spenningsforhøyende transformatorer valgt for vindparker

Hver vindturbinenheter er utstyrt med en spenningsforhøyende transformator, som brukes til å forhøye den genererte spenningen (0,69 kV) og koble den til vindparkens interne samlelinjer. Kablingsmodellen "én maskin - én transformator" benyttes. Samlelinjene kobles til strømnettet gjennom vindparkens spenningsforhøyende understasjon. For øyeblikket omfatter de valgte transformatorene hovedsakelig tre typer: vanlige oljeimpragnerte transformatorer (mindre anvendt), europeiske ferdigmonterte understasjoner, og amerikanske ferdigmonterte understasjoner (også kjent som amerikanske bokstype understasjoner). Av disse brukes amerikanske bokstype understasjoner oftest.

Sammenlignet med europeiske ferdigmonterte understasjoner, har amerikanske bokstype understasjoner fordeler som kompakt struktur, fullt tett, liten volum, bruk av albueformet kabelstikker, fravær av gassbeskyttelse, og enkel drift og vedlikehold. Amerikanske bokstype understasjoner brukes hovedsakelig i bystrømfordelingsnett, som boligområder, industriområder, handelscentre, og andre strømforsyningssteder. I løpet av de siste årene har de blitt vidt anvendt som spenningsforhøyende transformatorer for vindturbiner. Deres typiske elektriske kablingsopplæring (nesten identisk med den brukt i fordelingsnett) vises i figur 1. I henhold til kravene i fordelingsnett, er amerikanske bokstype understasjoner utstyrt med følgende beskyttelser:

• Oljeimpragnerte stikkfuse, som slår ut når det oppstår en kortslutningfeil på lavspenningsiden av transformatorer;

• Oljeimpragnerte strømbegrensende fusser, som slår raskt ut for å skille transformatoren fra strømnettet når det oppstår en kortslutningfeil på høyspenningsiden inne i transformatoren, for å forhindre at ulykken utvider seg.

• En trefasert låste belastningsbryter, impragnert i olje, som kan fullføre lukkeoperasjonen av transformator med belastning;

• En intelligent strømbryter (eller fusdisjunktor), hovedsakelig brukt for å beskytte belastningssiden.

Forenkling av beskyttelseskoblingen for amerikanske bokstype understasjoner

Prinsipper for forenkling

En amerikansk transformator refererer til en transformator som beholder de grunnleggende egenskapene til en amerikansk bokstype understasjon, som dens struktur, buktete radiatører, fravær av gassbeskyttelse, trykkavlastningsventiler, og strømbegrensende fusser. Imidlertid forenkler den beskyttelsesenheter. Basert på en oppsummering av erfaringer fra vindkraftdrift, fjernes noen komponenter av dets nettbeskyttelse, gjør den til en transformator spesielt designet for vindkraft.

Forenklet beskyttelseskobling

Det er teknisk mulig å fjerne nettbeskyttelseskomponentene fra amerikanske bokstype understasjoner som brukes i vindkraft. Samlelinjene er utstyrt med pålitelige beskyttelsesenhet (installert i spenningsforhøyende understasjon). Samlelinjene må kobles til spenningsforhøyende understasjon, og etter spenningsforhøyelsen, kobles de til systemet. Spenningsforhøyende understasjon setter opp linjebeskyttelse for hver samlelinje. Beskyttelsesområdet dekker ikke bare samlelinjene, men strekker seg også til bokstype understasjon og vindturbiner. Når det oppstår kortslutning eller andre feil på en bestemt linje, vil linjebeskyttelsen reagere og skille den linjen. Vindturbiner er utstyrt med et komplett sett med nettbeskyttelsesenheter (installert i styringskabinet på bakken). Når det oppstår en nettfeil eller uvanlig situasjon, vil vindturbinbeskyttelsen reagere og skille vindturbinen (her refererer nettet til samlelinje og bokstype understasjonssystem). Tabell 1 viser nettbeskyttelsen som er satt opp av vindturbinprodusenten.

Noen av beskyttelseskoblingen for bokstype understasjoner er relativt enkle. Deres beskyttelsesfunksjoner er langt mindre enn de for samlelinjebeskyttelse og vindturbinbeskyttelse, og de danner unødvendige kryssbeskyttelser. Derfor er nettbeskyttelsen konfigurert i bokstype understasjoner unødvendig og kan fjerne. Beskyttelsesområdet og funksjonene for intelligente strømbrytere kan helt erstattes av nettbeskyttelsen for vindturbiner. Samtidig bidrar fjerning av noen unødvendige komponenter, som belastningsbrytere og stikkfusser, til å redusere potensielle uhellspunkter og forbedre driftsreliabiliteten til utstyr.

Beskyttelsesinnstillinger for forenklet amerikansk bokstype understasjon

For å sikre at forenklet amerikansk bokstype understasjon kan oppfylle driftskravene for vindparker, organiserte Elkraftforskninginstituttet i Jilin Elektrisitetskompagni AS 18 eksperter fra Jilin Elektrisitetskompagni AS, Beijing Sifang Mikroelektronikk AS, Datang Jilin-kompagni, og andre enheter for å nøyaktig demonstrere og vurdere konfigurasjonen av forenklet amerikansk bokstype understasjon. Det ble anerkjent at forenklet amerikansk bokstype understasjon er en dedikert transformator for vindkraft, utviklet basert på forståelsen av amerikansk bokstype understasjonsteknologi. Teknologisk sett oppfyller den fullstendig kravene for sikker og pålitelig drift av vindturbinenheter, har gode økonomiske fordele, og kan bli vidt anvendt i vindparker. Konfigurasjonen av forenklet amerikansk bokstype understasjon vises i figur 2.

Teknisk og økonomisk analyse

De fleste vindparker bruker for tiden originalt designet amerikanske bokstype understasjoner, hvis komplekse beskyttelsesfunksjoner ikke er egnet for vindkraftsystemer. Ved å bruke forenklet amerikansk bokstype understasjon kan man betydelig redusere utstyrskostnader, noe som gir gode samfunnsøkonomiske fordele. Foreløpige beregninger viser at kostnaden per enhet kan reduseres med omtrent 30 000 yuan.

Etter å ha fjernet noen unødvendige komponenter som belastningsbrytere, stikkfusser, og intelligente strømbrytere, reduseres antallet potensielle uhellspunkter, noe som betydelig reduserer sannsynligheten for uhell. Driften er enkel, praktisk, sikker og pålitelig, med en betydelig reduksjon i vedlikeholdsarbeid. Forenklet amerikansk bokstype understasjon har blitt anvendt i noen vindparker i provinsen Jilin, med tydelige samfunnsøkonomiske fordele.