Спрощена конфігурація вітрогенераторів, оснащених американськими коробковими трансформаторами
Виробництво електроенергії за рахунок вітрової енергії, як відновлювального та чистого джерела енергії, має відносно зрілу технологію та швидко розвивається в Китаї останнім часом. Попередньо прогнозується, що до 2010 року загальна встановлена потужність досягне 1,8×10⁴ МВт. Виробництво електроенергії за рахунок вітрової енергії характеризується коротким періодом будівництва, швидкими результатами та найбільш економічною перевагою. Зазвичай на будівництво вітрової ферми потужністю 50 МВт потрібен лише приблизно один рік. Після завершення вартість експлуатації невисока, а обсяг робіт з експлуатації та технічного обслуговування відносно невеликий.
Огляд підвищувачів напруги, вибраних для вітрових ферм
Кожна вітрова установка оснащена підвищувачем напруги, який використовується для підвищення генерованої напруги (0,69 кВ) та з'єднання її з внутрішніми колекторними лініями вітрової ферми. Для з'єднання використовується схема "одна машина - один трансформатор". Колекторні лінії з'єднуються з електромережею через підвищувальну підстанцію вітрової ферми. Наразі вибираються переважно три типи трансформаторів: звичайні маслонаповнені трансформатори (менш поширений), європейські модульні підстанції та американські модульні підстанції (згадуються як американські боксові підстанції). Серед них, американські боксові підстанції зараз використовуються частіше.
Порівняно з європейськими модульними підстанціями, американські боксові підстанції мають переваги компактної конструкції, повного уплотнення, малого об'єму, використання лійкових кабельних з'єднувачів, відсутності газової захисти та зручності експлуатації та технічного обслуговування. Американські боксові підстанції в основному використовуються в міських розподільних мережах, таких як житлові райони, промислові парки, комерційні центри та інші місця забезпечення електроенергією. Останнім часом вони широко використовуються як підвищувачі напруги, що підтримують вітрові турбіни. Їхня типова електрична схема (в основному така сама, як і та, що використовується в розподільній мережі) показана на рис. 1. У відповідності з вимогами розподільної мережі, американські боксові підстанції оснащені наступними відповідними захистами:
Маслонаповнені вставні предохранители, які спрацьовують при виникненні короткого замкнення на нижньому напруговому боці трансформатора;
Маслонаповнені обмежувальні предохранители, які швидко відключають трансформатор при виникненні короткого замкнення на верхньому напруговому боці всередині трансформатора, запобігаючи розширенню аварії.
Трехфазний взаємозамкнений вантажний випливач, який може завершити операцію закриття трансформатора з навантаженням;
Інтелектуальний автоматичний вимикач (або предохранительний вимикач), головним чином використовується для захисту боці навантаження.
Спрощення конфігурації захисту американських боксових підстанцій
Принципи спрощення
Американський трансформатор — це трансформатор, який зберігає основні характеристики американської бокової підстанції, такі як конструкція, хвилинні радіатори, відсутність газового захисту, клапани відпуску тиску та обмежувальні предохранители. Однак, він спрощує пристрої захисту. На основі підсумку досвіду експлуатації вітрової енергетики, деякі компоненти мережевого захисту вилучені, роблячи його спеціалізованим трансформатором для вітрової енергетики.
Спрощена конфігурація захисту
Технічно можливо вилучити компоненти мережевого захисту з американських боксових підстанцій, які використовуються в вітровій енергетиці. Колекторні лінії оснащені надійними пристроями захисту (встановлені в підвищувальній підстанції). Колекторні лінії повинні бути з'єднані з підвищувальною підстанцією, і після підвищення напруги, вони з'єднуються з системою. Підвищувальна станція встановлює лінійний захист для кожного колекторного лінії окремо. Область захисту не лише покриває колекторні лінії, але й простягається до бокової підстанції та вітрових турбін. Якщо на певній лінії виникає коротке замикання або інші аварії, лінійний захист діє і відключить ту лінію. Вітрові турбіни оснащені повним набором пристроїв мережевого захисту (встановлені в наземному керуючому шафі). Якщо виникає аварія або аномалія в мережі, захист вітрової турбіни діє і відключить вітрову турбіну (тут мережа стосується колекторної лінії та системи бокової підстанції). Таблиця 1 показує мережевий захист, встановлений виробником вітрових турбін.
Деякі конфігурації захисту боксових підстанцій є відносно простими. Їхні функції захисту значно менші, ніж захист колекторних ліній та вітрових турбін, і вони формують зайве перетинний захист. Тому, мережевий захист, встановлений в боксових підстанціях, необхідний і може бути вилучений. Область захисту та функції інтелектуальних автоматичних вимикачів можуть бути повністю замінені мережевим захистом вітрових турбін. Однак, виключення деяких непотрібних компонентів, таких як вантажні випливачі та вставні предохранители, допомагає знизити потенційні точки аварій та покращити надійність роботи обладнання.
Налаштування захисту спрощених американських боксових підстанцій
Для того, щоб забезпечити, що спрощені американські боксові підстанції можуть задовольняти вимоги до експлуатації вітрових ферм, Інститут електроенергетики компанії Jilin Electric Power Co., Ltd. організував 18 експертів з Jilin Electric Power Co., Ltd., Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., Datang Jilin Company та інших організацій, щоб детально продемонструвати та переглянути конфігурацію спрощених американських боксових підстанцій. Було визнано, що спрощена американська бокова підстанція — це спеціалізований трансформатор для вітрової енергетики, розроблений на основі аналізу технологій американських боксових підстанцій. Технологічно вона повністю відповідає вимогам безпечного та надійного функціонування вітрових турбін, має гарні економічні показники та може широко використовуватися в вітрових фермах. Конфігурація спрощеної американської бокової підстанції показана на рис. 2.
Технічний та економічний аналіз
Більшість вітрових ферм зараз використовують первинно проектовані американські боксові підстанції, чиї складні функції захисту не підходять для систем вітрової енергетики. Використання спрощених американських боксових підстанцій може значно знизити вартість обладнання, принесячи добре соціальні та економічні вигоди. Перевірочні розрахунки показують, що вартість кожного блоку може бути знижена приблизно на 30 000 юанів.
Після вилучення деяких непотрібних компонентів, таких як вантажні випливачі, вставні предохранители та інтелектуальні автоматичні вимикачі, кількість потенційних точок аварій зменшується, значно знижуючи ймовірність аварій. Експлуатація є проста, зручна, безпечна та надійна, з суттєвим зниженням обсягу робіт з технічного обслуговування. Спрощені американські боксові підстанції вже застосовуються в деяких вітрових фермах провінції Цзілінь, досягаючи очевидних соціальних та економічних вигод.
