Poједностављена конфигурација ветрених турбина опређених америчког стилског кућишта-трансформатора
Generacija električne energije iz vjetra, kao obnovljiv i čist izvor energije, ima relativno zrelu tehnologiju i doživjela je brz razvoj u Kini u posljednjih nekoliko godina. Procjenjuje se da će do 2010. ukupna instalirana snaga doseći 1,8×10⁴ MW. Generacija električne energije iz vjetra karakterizuje se kratkim vremenom građevinskog perioda, brzim rezultatima i najugodnijim omjerom cijene i učinka. Obično treba samo oko jedne godine za izgradnju vjetroelektrane od 50 MW. Nakon završetka, trošak održavanja je nizak, a radni opterećenje održavanja i servisa je relativno mali.
Pregled step-up transformatora odabranih za vjetroelectrane
Svaka jedinica vjetrogeneratora opremljena je step-up transformatorom, koji se koristi za povećanje generirane napona (0,69 kV) i povezivanje s unutrašnjim kolektorskim linijama vjetroelectrane. Za povezivanje koristi se način "jedna mašina - jedan transformator". Kolektorske linije su povezane sa električnim mrežama putem step-up podstancije vjetroelectrane. Trenutno, odabrani transformatori uglavnom uključuju tri vrste: obični ulju-potpunjeni transformatori (manje korišteni), europski prefabricirani podstancije i američki prefabricirani podstancije (poznati kao američki kutija-liki podstanciji). Među njima, američki kutija-liki podstanciji trenutno se češće koriste.
U usporedbi s europskim prefabriciranim podstancijama, američki kutija-liki podstanciji imaju prednosti kompaktnog dizajna, potpunog zatvaranja, male zapremine, upotrebe laktulih kabelskih štapova, odsustva gasne zaštite i praktičnosti u rukovanju i održavanju. Američki kutija-liki podstanciji uglavnom se koriste u urbanskim distribucijskim mrežama, poput stambenih zona, industrijskih parkova, trgovinskih centara i drugih mesta opskrbe strujom. U posljednjih nekoliko godina, široko su primjenjivani kao step-up transformatori za podršku vjetrogeneratorima. Njihov tipični elektro-tehnički shema povezivanja (osnovno ista kao ta koja se primjenjuje u distribucijskoj mreži) prikazana je na Slici 1. Prema zahtjevima distribucijske mreže, američki kutija-liki podstanciji opremljeni su sljedećim odgovarajućim zaštitama:
Ulju-potpune štapne prekidače, koji ispuštaju prilikom pojavljivanja kratkospornog greška na niskonaponskom dijelu transformatora;
Ulju-potpune ograničitelje struje, koji brzo ispuštaju kako bi prekinuli transformator prilikom pojavljivanja kratkosporne greške na visokonaponskom dijelu unutar transformatora, sprečavajući proširenje nesreće.
Trofazni vezani prekidnik opterećenja, ulju-potpun, koji može završiti operaciju zatvaranja transformatora uz opterećenje;
Pametni prekidnik (ili prekidni štap disjunktora), uglavnom korišten za zaštitu strane opterećenja.
Uproštavanje konfiguracije zaštite američkih kutija-likih podstancija
Principi uprošćavanja
Američki transformator označava transformator koji zadržava osnovne karakteristike američkog kutija-likog podstancija, poput njegovog dizajna, valastih hlađiva, odsustva gasne zaštite, ventilatora za olakšanje pritiska i ograničitelja struje. Međutim, uprošćava uređaje za zaštitu. Na temelju sažetka iskustva u radu vjetračnih elektrana, neki sastojci njegove mrežne zaštite su uklonjeni, čime se postaje transformator specifično namijenjen vjetru.
Uprošćena konfiguracija zaštite
Tehnički je moguće ukloniti komponente mrežne zaštite iz američkih kutija-likih podstancija primijenjenih u vjetru. Kolektorske linije opremljene su pouzdanim uređajima za zaštitu (instaliranim u step-up podstanciji). Kolektorske linije moraju biti povezane s step-up podstancijom, a nakon povećanja napona, povezane s sistemom. Step-up stanica postavlja zaštitu linija za svaku kolektorsku liniju posebno. Područje zaštite ne samo pokriva kolektorske linije, već se proteže i na kutija-lik podstancije i vjetrogenerator. Ako se na određenoj liniji pojavi kratkospor ili drugi problem, zaštita linije će djelovati i prekinuti tu liniju. Vjetrogeneratori opremljeni su kompletnim skupom uređaja za mrežnu zaštitu (instaliranim u kontrolnoj kutiji na tlu). Ako se pojavi mrežni problem ili anomalija, zaštita vjetrogeneratora će djelovati i prekinuti vjetrogenerator (ovdje, mreža odnosi se na kolektorsku liniju i sistem kutija-likog podstancija). Tablica 1 prikazuje mrežnu zaštitu postavljenu proizvođačem vjetrogeneratora.
Neki aspekti konfiguracije zaštite kutija-likih podstancija su relativno jednostavni. Njihove funkcije zaštite su daleko manje od onih za zaštitu kolektorskih linija i vjetrogeneratora, formirajući suvišnu prekrivajuću zaštitu. Stoga, mrežna zaštita konfigurirana u kutija-likim podstancijama nije nužna i može se ukloniti. Područje zaštite i funkcije pametnih prekidnika potpuno se mogu zamijeniti mrežnom zaštitom vjetrogeneratora. Istodobno, eliminisanjem nekih nepotrebnih komponenti, poput prekidnika opterećenja i štapnih prekidača, smanjuje se broj potencijalnih točaka nesreće, poboljšavajući pouzdanost rada opreme.
Postavke zaštite uprošćenih američkih kutija-likih podstancija
Kako bi se osiguralo da uprošćeni američki kutija-lik podstanciji mogu zadovoljiti operativne zahtjeve vjetroelectrana, Institut za istraživanje električne energije Jilin Electric Power Co., Ltd. organizovao je 18 stručnjaka iz Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company i drugih jedinica da pažljivo demonstriraju i pregledaju konfiguraciju uprošćenih američkih kutija-likih podstancija. Prepoznato je da je uprošćeni američki kutija-lik podstancij specifičan transformator za vjetar, razvijen na osnovu analize tehnologije američkih kutija-likih podstancija. Tehnički, potpuno zadovoljava zahtjeve za sigurnim i pouzdanim radom jedinica vjetrogeneratora, ima dobre ekonomske efekte i može se široko promovisati i koristiti u vjetroelectranama. Konfiguracija uprošćenog američkog kutija-likog podstancija prikazana je na Slici 2.
Tehnička i ekonomsko analiza
Većina vjetroelectrana trenutno koristi originalno dizajnirane američke kutija-lik podstancije, čije složene funkcije zaštite nisu pogodne za sisteme vjetra. Upotrebom uprošćenih američkih kutija-likih podstancija može se značajno smanjiti trošak opreme, donoseći dobre društvene i ekonomske benefitse. Preliminarni izračuni pokazuju da se trošak svake jedinice može smanjiti približno za 30.000 juana.
Nakon eliminiranja nekih nepotrebnih komponenti, poput prekidnika opterećenja, štapnih prekidača i pametnih prekidnika, smanjen je broj potencijalnih točaka nesreće, znatno smanjujući vjerojatnost događaja. Rad je jednostavan, praktičan, siguran i pouzdan, s značajnim smanjenjem radnog opterećenja održavanja. Uprošćeni američki kutija-lik podstanciji su primijenjeni u nekoliko vjetroelectrana u provinciji Jilin, dostižući očigledne društvene i ekonomske beneficije.
