Intelligente Erdungstransformatoren für die Unterstützung von Inselnetzen

1. Projektzusammenhang

Verteilte Photovoltaik- (PV-) und Energiespeicherprojekte entwickeln sich in Vietnam und Südostasien schnell, stoßen aber auf erhebliche Herausforderungen:

1.1 Netzinstabilität:

Das Stromnetz in Vietnam erfährt häufige Fluktuationen (insbesondere in den Industriegebieten im Norden). Im Jahr 2023 führten Kohlekraftmangel zu großflächigen Stromausfällen, die tägliche Verluste von mehr als 5 Millionen USD verursachten. Traditionelle PV-Systeme verfügen nicht über effektive Fähigkeiten zur Neutralpunktabstimmung, was die Ausrüstung anfällig für Schäden und Sicherheitsvorfälle während Netzfehlern macht. Dies unterstreicht das dringende Bedürfnis nach zuverlässigen Erdtransformator.

1.2 Druck durch Vorschriften und Sicherheitskonformität:

Die Vorschriften Vietnams für 2024 verlangen, dass Energiespeichersysteme den 72-Stunden-Inselbetriebstest der Vietnam Electricity Group (EVN) bestehen und Fähigkeiten zur Überwindung von Spannungsschwankungen (HVRT/LVRT) besitzen. Mit der umfangreichen Verwendung von Leistungselektronik treten Nullfolgenstrom- und Harmonischenprobleme hervor, die oft zum Auslösen von Schutzfehlern führen. Hochleistungs-Erdtransformatoren sind unerlässlich, um diesen Konformitätsanforderungen gerecht zu werden.

1.3 Anforderungen an Umweltanpassungsfähigkeit:

Klimata mit hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit (durchschnittliche jährliche Luftfeuchtigkeit >80%) beschleunigen den Alterungsprozess der Ausrüstung, was Erdtransformatoren mit robusten Korrosionsschutz- und feuchtigkeitsfesten Eigenschaften erfordert. Küstenbereiche mit Salznebel (Luftsalzgehalt >5 mg/m³) verschärfen zusätzlich die Korrosionsrisiken, was höhere Anforderungen an die Umweltanpassungsfähigkeit der Erdtransformatoren stellt.

2. Lösung: Intelligente Erdtransformatorsysteme

2.1 Kern-Technologie-Design

Zickzack-Schaltung Erdtransformator:

Verfügt über ein spezielles Sechs-Windungen-Design mit einer Nennleistung von 1250 kVA, einem extrem niedrigen Nullfolgenimpedanz von 4-6 Ω (im Gegensatz zu 30 Ω bei herkömmlichen Transformatoren) und einer Kurzschlussbelastbarkeit von 25 kA/2 s, perfekt geeignet für große verteilte Kraftwerke.

• Optimierung der Harmonischenunterdrückung: Integrierte Δ-YY-Windungsstruktur mit LC-Filter erreicht eine Unterdrückung von 3., 5. und 7. Harmonischen von ≥85%, reduziert die Gesamtharmonische Verzerrung (THD) von 12% auf <5%, verhindert wirksam Schäden durch Resonanz. Diese Harmonischenunterdrückungsfähigkeit stellt eine zentrale Sicherheitseigenschaft des Erdtransformators dar.
• Verbesserung der Umweltanpassung: Gehäuse mit IP54-Schutzklasse; wesentliche Komponenten mit Nanokeramikbeschichtung, bestanden den IEC 60068-2-52 Salznebeltest (3000 Stunden ohne Korrosion). Diese Schutzmaßnahmen gewährleisten die langfristige Zuverlässigkeit der Erdtransformatoren in rauen Umgebungen.
• Thermisches Management-Design: Ausgestattet mit Aluminiumlegierungs-Kühlrippen und gezwungener Luftkühlung, wird die Temperaturerhöhung bei 45°C Umgebungstemperatur auf ≤55 K begrenzt. Dieses effiziente thermische Managementsystem ist entscheidend für den sicheren Betrieb von Erdtransformatoren in tropischen Klimaten.

2.2 Intelligentes Überwachungs- und Schutzsystem

Integrierter Sensormodul: Echtzeitüberwachung der Windungstemperatur, partieller Entladung und Isolationsstatus; Daten werden innerhalb von Millisekunden an lokale SCADA- und Cloud-Plattformen (wie Hoymiles S-miles Cloud) synchronisiert. Die kontinuierliche Überwachung verbessert erheblich die Sicherheitsprofile des Erdtransformators.

Koordinierte Schutzlogik:

• Koordinierung der Schaltapparate: Wechselt automatisch den Erdmodus innerhalb von 10 Sekunden, wenn ein Netzspannungsabfall auf 20% UN erkannt wird (entspricht den vietnamesischen Anforderungen an die Low-Voltage-Lockout-Funktion)
• Integration eines Bogenschlagfehlererkennungssystems (AFCI): Trennt Fehlerkreise innerhalb von 0,5 Sekunden, verhindert, dass Bodenfehler Brände auslösen. Diese schnelle Schutzlogik integriert sich nahtlos in den Erdtransformator.

2.3 Verbesserungen der lokalen Anpassungsfähigkeit

Netzkonformität: Unterstützt den EVN-erforderlichen Inselbetriebstest, simuliert einen nahtlosen Übergang zur Energiespeicherversorgung nach einem Netzunterbrechung. Der Erdtransformator ist ein zentrales Bauteil, um diesen wichtigen Test zu bestehen.

Vorinstallierte Versiegelungskabelschnittstellen erfüllen die vorgeschriebenen Versiegelungsanforderungen für Messräume in Vietnam.

Wartungsfreundlichkeit: Berechnete Lebensdauer ≥25 Jahre; Wartungsintervalle auf 3 Jahre verlängert, reduziert signifikant die O&M-Kosten in tropischen Regionen. Die Haltbarkeit des Erdtransformators senkt die Lebenszykluskosten erheblich.

3. Erzielte Ergebnisse

3.1 Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit

Erreicht den Wechsel der Neutralpunktabschaltung innerhalb von 15 ms während Netzfehlern (übertreffen Vietnams Standard von 50 ms), sichernd den kontinuierlichen Betrieb kritischer Lasten (wie Fabrikproduktionslinien). Das schnelle Fehlereintretenmanagement durch den Erdtransformator reduzierte die Ausfallrate der Ausrüstung um 85% und beseitigte vollständig erdungsbezogene Vorfälle nach der Einrichtung in einem Industriegebiet-Projekt in Hanoi im Jahr 2024.

3.2 Wirtschaftliche Vorteile und Einhaltung von Vorschriften

• Reduziertes Risiko von Sanktionen: Erfüllt die Kohlemissionsanforderungen des "Green Industry Act", um Fehlbeträge in Höhe von 3% des Jahresumsatzes zu vermeiden.
• Verkürzte Amortisationszeit: Durch reduzierte Wartungskosten (Reduktion um 35%) und verringerte Ausfallzeiten steigt die interne Rendite (IRR) um 2-3 Prozentpunkte, was die Amortisationszeit von 5,8 auf 4,2 Jahre verkürzt.

3.3 Verbesserte Netzunterstützungsfähigkeit

Bestanden die dynamische Regelprüfung: Unter EVNs flexibler Anweisung (wenn das Netzaufkommen <75% liegt), unterstützt die Leistungsregelung bis zu 30% der installierten Kapazität, ermöglicht den Kraftwerken die Teilnahme am Frequenzregelmarkt (FRM). Der stabile Nullpunkt, der durch den Erdtransformator gebildet wird, bildet die Grundlage für diese Netzunterstützungsfunktion. In einem Pilotprojekt in Ho-Chi-Minh-Stadt erzielte das Kraftwerk durch die Bereitstellung von Blindleistungssupport einen zusätzlichen Umsatz aus Hilfsdienstleistungen in Höhe von 12%.