En förenklad konfiguration av vindkraftverk utrustade med amerikanskt stilade lådformade transformatorer

Vindkraftsgenerering, som en förnybar och ren energikälla, har relativt mognadsteknik och har sett snabb utveckling i Kina de senaste åren. Det uppskattas att den totala installerade effekten kommer att nå 1,8×10⁴ MW till år 2010. Vindkraftsgenerering kännetecknas av en kort byggperiod, snabba resultat och kostnadseffektiva fördelar. Det tar normalt bara cirka ett år att bygga en vindpark på 50 MW. Efter färdigställandet är driftskostnaderna låga, och underhållsarbetet är relativt litet.

Översikt över valda spänningsökares för vindparker

Varje vindturbinenhet är utrustad med en spänningsökare, som används för att höja den genererade spänningen (0,69 kV) och ansluta den till vindparkens interna samlingslinjer. Anslutningsläget "en maskin - en transformer" används för kablage. Samlingslinjerna är anslutna till elnätet genom vindparkens spänningsökningsstation. För närvarande inkluderar de valda transformatorerna huvudsakligen tre typer: vanliga oljedränkta transformatorer (mindre använda), europeiska modulära förfabrikerade stationer, och amerikanska modulära förfabrikerade stationer (kallas även amerikanska boxtransformatorer). Av dessa används amerikanska boxtransformatorer mer ofta just nu.

Jämfört med europeiska modulära förfabrikerade stationer har amerikanska boxtransformatorer fördelarna med kompakt struktur, fullt tätt, liten volym, användning av buggelskabelkopplingar, frånvaro av gasbeskydd, och bekvämt drift och underhåll. Amerikanska boxtransformatorer används främst i stadsfördelningsnät, såsom bostadsområden, industriområden, handelscentrum, och andra försörjningsplatser. Under de senaste åren har de blivit allmänt använda som spänningsökare som stöder vindturbiner. Deras typiska elektriska kablingslösning (grundläggande samma som tillämpas i fördelningsnätet) visas i figur 1. I enlighet med kraven för fördelningsnätet är amerikanska boxtransformatorer utrustade med följande motsvarande skydd:

• Oljedränkte infogningsfusfall, som smälter vid kortslutningsfel på den lågspända sidan av transformatorn;

• Oljedränkte strömbegränsande fusfall, som snabbt smälter för att skära av transformatorn vid kortslutningsfel på den högspända sidan inuti transformatorn, för att förhindra att olyckan expanderar.

• En trefasig kopplad belastningsbrytare, doppad i olja, som kan slutföra stängningsoperationen av transformatorn med belastning;

• En intelligent kretsavbrytare (eller fusfallsbrytare), främst använd för att skydda belastningssidan.

Förenkling av skyddskonfigurationen för amerikanska boxtransformatorer

Förenklingsprinciper

En amerikansk transformator syftar på en transformator som behåller de grundläggande egenskaperna hos en amerikansk boxtransformator, såsom dess struktur, vågräta radiatorklar, frånvaro av gasbeskydd, trycklättningsventiler, och strömbegränsande fusfall. Men den förenklar skyddsutrustningen. Baserat på en sammanfattning av erfarenheter från vindkraftsdrift tas vissa komponenter av dess nätbeskydd bort, vilket gör det till en transformator specifikt anpassad för vindkraft.

Förenklad skyddskonfiguration

Det är tekniskt möjligt att ta bort nätbeskyddskomponenterna från amerikanska boxtransformatorer som används i vindkraft. Samlingslinjerna är utrustade med tillförlitliga skyddsutrustningar (installerade i spänningsökningsstationen). Samlingslinjerna måste anslutas till spänningsökningsstationen, och efter att spänningen har höjts ansluts de till systemet. Spänningsökningsstationen anger linjeskydd för varje samlingslinje respektive. Skyddsområdet täcker inte bara samlingslinjerna utan sträcker sig också till boxtransformatorerna och vindturbinerna. När ett kortslut eller andra fel uppstår på en viss linje agerar linjeskyddet och skär av den linjen. Vindturbinerna är utrustade med en fullständig uppsättning nätbeskyddsinstrument (installerade i markkontrollkabinettet). När ett nätfel eller avvikelse uppstår agerar vindturbinernas skydd och skär av vindturbinen (här refererar nätet till samlingslinjen och boxtransformatorsystemet). Tabell 1 visar nätbeskyddet som anges av vindturbinstillverkaren.

Några av skyddskonfigurationerna för boxtransformatorer är ganska enkla. Deras skyddsfunktioner är långt underlägsna dem för samlingslinjeskydd och vindturbiners skydd, och de bildar onödigt korsbeskydd. Därför är det nätbeskydd som konfigurerats i boxtransformatorer onödigt och kan tas bort. Skyddsområdet och funktionerna för intelligenta kretsavbrytare kan helt ersättas av vindturbinernas nätbeskydd. Samtidigt hjälper borttagandet av vissa onödiga komponenter, som belastningsbrytare och infogningsfusfall, till att minska potentiella olyckspoäng och förbättra utrustningens driftsäkerhet.

Skyddsinriktningar för förenklade amerikanska boxtransformatorer

För att säkerställa att förenklade amerikanska boxtransformatorer kan uppfylla driftkraven för vindparker organiserade Jilin Electric Power Co., Ltd:s Elektricitetsforskninginstitut 18 experter från Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company, och andra enheter för att noggrant demonstrera och granska konfigurationen av förenklade amerikanska boxtransformatorer. Det erkändes att den förenklade amerikanska boxtransformatorn är en specialiserad transformator för vindkraft, utvecklad baserat på omvandlingen av amerikanska boxtransformatorteknik. Tekniskt sett uppfyller den helt kraven för säker och pålitlig drift av vindturbinenheter, har goda ekonomiska fördelar, och kan bredast spridas och användas i vindparker. Konfigurationen av den förenklade amerikanska boxtransformatorn visas i figur 2.

Teknisk och ekonomisk analys

De flesta vindparker använder för närvarande ursprungligen desigerade amerikanska boxtransformatorer, vars komplexa skyddsfunktioner är mindre lämpliga för vindkraftssystem. Genom att använda förenklade amerikanska boxtransformatorer kan utrustningskostnader reduceras betydligt, vilket ger goda sociala och ekonomiska fördelar. Preliminära beräkningar visar att kostnaden per enhet kan minskas med ungefär 30 000 yuan.

Efter borttagandet av vissa onödiga komponenter som belastningsbrytare, infogningsfusfall, och intelligenta kretsavbrytare, minskas antalet potentiella olyckspoäng, vilket drastiskt minskar sannolikheten för olyckor. Driften är enkel, bekväm, säker och pålitlig, med en betydande minskning av underhållsarbete. Förenklade amerikanska boxtransformatorer har använts i vissa vindparker i Jilinprovinsen, med uppenbara sociala och ekonomiska fördelar.