Poenostavljena konfiguracija vetrnih turbin opremljenih z ameriškega stila škatlastimi transformatorji

Vetrna energija, kot obnovljiva in čista virovina, ima relativno zrela tehnologija in v zadnjih letih doživlja hitro razvoj v Kitajski. Predvideno je, da bo do leta 2010 skupna nameščena moč dosegle 1,8×10⁴ MW. Vetrna energija se izlikuje s kratkimi časi gradnje, hitrimi rezultati in najugodnejšimi stroški. Običajno traja le približno eno leto, da se zgradi vetrna elektrarna z močjo 50 MW. Po dokončanju so operacijski stroški nizki, operativno vzdrževalni delovni obseg pa je relativno majhen.

Pregled napovednih transformatorjev, izbranih za vetrne elektrarne

Vsaka enota vetrne turbine je opremljena z napovednim transformatorjem, ki se uporablja za podaljševanje ustvarjene napetosti (0,69 kV) in povezavo z notranjimi shranjevalnimi črtami vetrne elektrarne. Za povezovanje se uporablja način povezave "ena naprava - en transformator". Shranjevalne črte so povezane s strmo mrežo preko napovedne postaje vetrne elektrarne. Trenutno izbrani transformatorji vključujejo predvsem tri vrste: običajni v mašču utopljeni transformatorji (redko uporabljeni), evropske stilske predelane postaje in ameriške stilske predelane postaje (označene tudi kot ameriške škatlaste postaje). Med njimi se trenutno pogosteje uporabljajo ameriške škatlaste postaje.

V primerjavi s evropskimi stilske predelanimi postajami imajo ameriške škatlaste postaje prednosti kompaktnega zgradba, popolnega zapiranja, majhnega prostornine, uporabe lokastih kabelskih vstavkov, odsotnosti plinskega zaščite in enostavnosti obratovanja in vzdrževanja. Ameriške škatlaste postaje se glavno uporabljajo v mestnih distribucijskih omrežjih, kot so naselja, industrijska parki, trgovska centri in druga kraji oskrbe s strmo. V zadnjih letih so bili široko uporabljeni kot napovedni transformatorji, ki podpirajo vetrne turbine. Njihova tipična električna shema povezovanja (v bistvu enaka kot uporabljena v distribucijskem omrežju) je prikazana na Sliki 1. V skladu s zahtevami distribucijskega omrežja so ameriške škatlaste postaje opremljene z naslednjimi ustreznimi zaščitami:

• Mašču utopljeni vstavljeni preplavljalniki, ki se preplavijo, ko pride do preplavljalne napake na nizevnem delu transformatorja;

• Mašču utopljeni omejevalni preplavljalniki, ki se hitro preplavijo, da bi prekinili transformator, ko pride do preplavljalne napake na visokonapetostnem delu znotraj transformatorja, preprečevajo s tem razširjanje nesreče.

• Trofazni združeni naložni preklopnik, utopljen v mašču, ki lahko izvede zapiranje transformatorja z naložnimi;

• Pametni preklopnik (ali preplavljalnik z odvzirnim preklopnikom), glavno uporabljen za zaščito naložnega dela.

Poenostavitev konfiguracije zaščite ameriških škatlastih postaj

Načela poenostavitve

Ameriški transformator se nanaša na transformator, ki ohranja osnovne značilnosti ameriške škatlaste postaje, kot so njegova zgradba, valoviščna hlaščala, odsotnost plinske zaščite, ventil za olajšanje tlaka in omejevalni preplavljalniki. Vendar poenostavi naprave za zaščito. Na osnovi povzetka izkušenj s strmi delovanja so odstranjene nekatere komponente njegove mrežne zaščite, kar ga spremeni v transformator, specifično uporabljen za vetrno energijo.

Poenostavljena konfiguracija zaščite

Tehnično je mogoče odstraniti komponente mrežne zaščite iz ameriških škatlastih postaj, uporabljenih v vetrnih elektrarnah. Shranjevalne črte so opremljene z zanesljivimi napravami za zaščito (nameščene v napovedni postaji). Shranjevalne črte morajo biti povezane z napovedno postajo, in po podaljšanju napetosti so povezane z sistemom. Napovedna postaja določa zaščito črt za vsako shranjevalno črto posebej. Področje zaščite pokriva ne le shranjevalne črte, ampak se tudi razširi na škatlasto postajo in vetrne turbine. Ko pride do preplavljanja ali drugih napak na določeni črti, bo zaščita črte dejanja in prekine to črto. Vetrne turbine so opremljene z celim kompletom naprav za mrežno zaščito (nameščene v nadzorno kabinetu na tleh). Ko pride do mrežne napake ali anomalije, bo zaščita vetrne turbine dejanja in prekine vetrno turbinu (tukaj se mreža nanaša na shranjevalne črte in škatlasto postajo).

Nekatere konfiguracije zaščite škatlastih postaj so relativno preproste. Njihove funkcije zaščite so daleč manjše od zaščite shranjevalnih črt in vetrnih turbine, in tvorijo surovo križno zaščito. Zato ni potrebna mrežna zaščita, konfigurirana v škatlastih postajah, in jo je mogoče odstraniti. Področje in funkcije zaščite pametnih preklopnikov lahko popolnoma zamenjajo mrežno zaščito vetrnih turbine. Hkrati odstranitev nekaterih nepotrebnih komponent, kot so naložni preklopniki in vstavljeni preplavljalniki, pomaga zmanjšati možne točke nesreč in izboljša zanesljivost delovanja opreme.

Nastavitve zaščite poenostavljenih ameriških škatlastih postaj

Za zagotovitev, da poenostavljene ameriške škatlaste postaje lahko zadostijo operativnim zahtevam vetrnih elektrarn, je Elektrotehnični inštitut Jilinskog električnog društva organiziral 18 strokovnjakov iz Jilinskog električnog društva, Pekinskega Sifang mikroelektronske društva, Datang Jilin društva in drugih enot, da bi natančno demonstrirali in pregledali konfiguracijo poenostavljenih ameriških škatlastih postaj. Priznano je, da je poenostavljena ameriška škatlasta postaja posvečen transformator za vetrno energijo, razvit na osnovi uspešne uporabe tehnologije ameriških škatlastih postaj. Tehnološko popolnoma zadostuje zahtevam za varno in zanesljivo delovanje enot vetrnih turbine, ima dobre ekonomske učinke in se lahko široko promovira in uporablja v vetrnih elektrarnah. Konfiguracija poenostavljenih ameriških škatlastih postaj je prikazana na Sliki 2.

Tehnična in ekonomska analiza

Večina vetrnih elektrarn trenutno uporablja originalno dizajnirane ameriške škatlaste postaje, katere kompleksne funkcije zaščite niso primerni za sisteme vetrne energije. Uporaba poenostavljenih ameriških škatlastih postaj lahko znatno zniža stroške opreme, prinaša dobre družbene in ekonomske učinke. Prehodni računi kažejo, da se lahko stroški vsake enote zmanjšajo za približno 30.000 juanov.

Po odstranitvi nekaterih nepotrebni komponent, kot so naložni preklopniki, vstavljeni preplavljalniki in pametni preklopniki, se zmanjša število možnih točk nesreč, kar veliko zmanjša verjetnost nesreč. Delovanje je preprosto, enostavno, varno in zanesljivo, z znatnim zmanjšanjem obsega vzdrževanja. Poenostavljene ameriške škatlaste postaje so bile uporabljene v nekaterih vetrnih elektrarnah v provinci Jilin, kar je prineslo očitne družbene in ekonomske učinke.