Cấu hình đơn giản của tua-bin gió được trang bị biến áp hộp kiểu Mỹ

Sản xuất điện từ gió, như một nguồn năng lượng tái tạo và sạch, có công nghệ tương đối chín muồi và đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc trong những năm gần đây. Dự kiến rằng đến năm 2010, tổng công suất cài đặt sẽ đạt 1,8×10⁴ MW. Sản xuất điện từ gió có đặc điểm là thời gian xây dựng ngắn, hiệu quả nhanh và lợi ích kinh tế cao nhất. Thông thường, chỉ mất khoảng một năm để xây dựng một trang trại gió 50 MW. Sau khi hoàn thành, chi phí vận hành thấp và khối lượng công việc bảo dưỡng tương đối nhỏ.

Tổng quan về các biến áp tăng áp được chọn cho trang trại gió

Mỗi đơn vị tua bin gió được trang bị một biến áp tăng áp, được sử dụng để tăng điện áp (0,69 kV) và kết nối với các đường dây tập hợp bên trong trang trại gió. Phương thức kết nối đơn vị "một máy - một biến áp" được áp dụng cho hệ thống dây dẫn. Các đường dây tập hợp được kết nối với lưới điện thông qua trạm biến áp tăng áp của trang trại gió. Hiện nay, các biến áp được chọn chủ yếu bao gồm ba loại: biến áp ngâm dầu thông thường (ít được sử dụng), trạm phân phối tiền chế kiểu Châu Âu, và trạm phân phối tiền chế kiểu Mỹ (gọi tắt là trạm phân phối hộp kiểu Mỹ). Trong đó, trạm phân phối hộp kiểu Mỹ hiện đang được sử dụng phổ biến hơn.

So với trạm phân phối tiền chế kiểu Châu Âu, trạm phân phối hộp kiểu Mỹ có ưu điểm là cấu trúc gọn gàng, kín hoàn toàn, thể tích nhỏ, sử dụng đầu cắm cáp dạng khuỷu, không có bảo vệ khí, và thuận tiện cho vận hành và bảo dưỡng. Trạm phân phối hộp kiểu Mỹ chủ yếu được sử dụng trong mạng phân phối đô thị, như các khu dân cư, khu công nghiệp, trung tâm thương mại và các nơi cấp điện khác. Gần đây, chúng đã được sử dụng rộng rãi làm biến áp tăng áp hỗ trợ tua bin gió. Sơ đồ đấu nối điện điển hình (tương tự như được áp dụng trong mạng phân phối) được hiển thị trong Hình 1. Theo yêu cầu của mạng phân phối, trạm phân phối hộp kiểu Mỹ được trang bị các biện pháp bảo vệ sau:

• Cầu chì nhúng dầu, sẽ nổ khi xảy ra sự cố ngắn mạch phía hạ thế của biến áp;

• Cầu chì hạn chế dòng điện nhúng dầu, sẽ nổ nhanh để cắt đứt biến áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch phía cao thế bên trong biến áp, ngăn chặn sự cố mở rộng.

• Công tắc tải ba pha liên động, nhúng dầu, có thể hoàn thành thao tác đóng của biến áp có tải;

• Công tắc circuit thông minh (hoặc công tắc cầu chì), chủ yếu được sử dụng để bảo vệ phía tải.

Giảm thiểu Cấu hình Bảo vệ của Trạm Phân Phối Hộp Kiểu Mỹ

Những Nguyên Tắc Giảm thiểu

Biến áp kiểu Mỹ đề cập đến biến áp giữ lại các tính năng cơ bản của trạm phân phối hộp kiểu Mỹ, như cấu trúc, bộ tản nhiệt gợn sóng, không có bảo vệ khí, van xả áp, và cầu chì hạn chế dòng điện. Tuy nhiên, nó giảm thiểu các thiết bị bảo vệ. Dựa trên tóm tắt kinh nghiệm vận hành điện gió, một số thành phần của bảo vệ lưới điện được loại bỏ, làm cho nó trở thành biến áp chuyên dùng cho điện gió.

Cấu hình Bảo vệ Đơn giản

Việc loại bỏ các thành phần bảo vệ lưới điện từ trạm phân phối hộp kiểu Mỹ được áp dụng trong điện gió là khả thi về mặt kỹ thuật. Các đường dây tập hợp được trang bị các thiết bị bảo vệ đáng tin cậy (được lắp đặt trong trạm biến áp tăng áp). Các đường dây tập hợp cần được kết nối với trạm biến áp tăng áp, và sau khi tăng điện áp, chúng được kết nối với hệ thống. Trạm biến áp tăng áp thiết lập bảo vệ đường dây cho mỗi đường dây tập hợp riêng biệt. Phạm vi bảo vệ không chỉ bao gồm các đường dây tập hợp mà còn mở rộng đến trạm phân phối hộp và tua bin gió. Một khi xảy ra sự cố ngắn mạch hoặc các sự cố khác trên một đường dây cụ thể, bảo vệ đường dây sẽ hoạt động và ngắt đường dây đó. Các tua bin gió được trang bị đầy đủ các thiết bị bảo vệ lưới điện (được lắp đặt trong tủ điều khiển mặt đất). Một khi xảy ra sự cố hoặc bất thường trên lưới, bảo vệ tua bin gió sẽ hoạt động và ngắt tua bin (ở đây, lưới đề cập đến hệ thống đường dây tập hợp và trạm phân phối hộp). Bảng 1 hiển thị bảo vệ lưới do nhà sản xuất tua bin gió thiết lập.

Một số cấu hình bảo vệ của trạm phân phối hộp tương đối đơn giản. Các chức năng bảo vệ của chúng kém xa so với bảo vệ đường dây tập hợp và bảo vệ tua bin gió, và tạo ra bảo vệ trùng lặp. Do đó, bảo vệ lưới được cấu hình trong trạm phân phối hộp là không cần thiết và có thể được loại bỏ. Phạm vi và chức năng bảo vệ của công tắc circuit thông minh có thể hoàn toàn thay thế bằng bảo vệ lưới của tua bin gió. Đồng thời, việc loại bỏ một số thành phần không cần thiết, như công tắc tải và cầu chì cắm, giúp giảm bớt các điểm tiềm ẩn gây tai nạn và cải thiện độ tin cậy vận hành của thiết bị.

Các Thiết Lập Bảo Vệ của Trạm Phân Phối Hộp Kiểu Mỹ Đơn Giản

Để đảm bảo rằng trạm phân phối hộp kiểu Mỹ đơn giản có thể đáp ứng yêu cầu vận hành của trang trại gió, Viện Nghiên cứu Điện lực của Công ty Điện lực Jilin đã tổ chức 18 chuyên gia từ Công ty Điện lực Jilin, Công ty Vi Điện tử Bắc Kinh, Công ty Datang Jilin, và các đơn vị khác để kỹ lưỡng chứng minh và rà soát cấu hình của trạm phân phối hộp kiểu Mỹ đơn giản. Đã được công nhận rằng trạm phân phối hộp kiểu Mỹ đơn giản là biến áp chuyên dùng cho điện gió, được phát triển dựa trên tiêu hóa công nghệ trạm phân phối hộp kiểu Mỹ. Về mặt kỹ thuật, nó hoàn toàn đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn và đáng tin cậy của các đơn vị tua bin gió, mang lại hiệu quả kinh tế tốt, và có thể được quảng bá và sử dụng rộng rãi trong trang trại gió. Cấu hình của trạm phân phối hộp kiểu Mỹ đơn giản được hiển thị trong Hình 2.

Phân Tích Kỹ Thuật và Kinh Tế

Hầu hết các trang trại gió hiện nay sử dụng trạm phân phối hộp kiểu Mỹ được thiết kế ban đầu, các chức năng bảo vệ phức tạp của chúng không phù hợp với hệ thống điện gió. Việc sử dụng trạm phân phối hộp kiểu Mỹ đơn giản có thể giảm đáng kể chi phí thiết bị, mang lại lợi ích xã hội và kinh tế tốt. Tính toán sơ bộ cho thấy chi phí cho mỗi đơn vị có thể giảm khoảng 30.000 nhân dân tệ.

Sau khi loại bỏ một số thành phần không cần thiết như công tắc tải, cầu chì cắm, và công tắc circuit thông minh, số điểm tiềm ẩn gây tai nạn được giảm, giảm đáng kể xác suất xảy ra tai nạn. Việc vận hành đơn giản, thuận tiện, an toàn và đáng tin cậy, với khối lượng công việc bảo dưỡng giảm đáng kể. Trạm phân phối hộp kiểu Mỹ đơn giản đã được áp dụng trong một số trang trại gió ở tỉnh Jilin, đạt được lợi ích xã hội và kinh tế rõ rệt.