ترانسفورماتورهای زمین‌گذاری هوشمند برای پشتیبانی از شبکه جزیره‌ای

۱. زمینه پروژه

پروژه‌های فتوولتائیک توزیع شده (PV) و ذخیره سازی انرژی در ویتنام و جنوب شرق آسیا به سرعت در حال توسعه هستند، اما با چالش‌های قابل توجهی مواجه هستند:

۱.۱ ناپایداری شبکه:

شبکه برق ویتنام به تغییرات مداوم (به خصوص در مناطق صنعتی شمالی) مواجه است. در سال ۲۰۲۳، کمبود برق زغال سنگ باعث قطعات بزرگ مقیاس شد که به زیان روزانه بیش از ۵ میلیون دلار منجر شد. سیستم‌های PV سنتی توانایی مدیریت مؤثر زمین‌بندی متعادل را ندارند، که باعث آسیب‌پذیری تجهیزات و حوادث ایمنی در طول قطعات برق می‌شود. این نیاز حیاتی به ترانسفورماتورهای زمین‌بندی مطمئن را نشان می‌دهد.

۱.۲ فشار رعایت قوانین و ایمنی:

قوانین ویتنام در سال ۲۰۲۴ نیازمند این است که سیستم‌های ذخیره سازی انرژی تست عملیات جزیره‌ای ۷۲ ساعته گروه برق ویتنام (EVN) را عبور دهند و توانایی عبور از ولتاژ بالا/پایین (HVRT/LVRT) را داشته باشند. با استفاده گسترده از الکترونیک قدرت، مشکلات جریان صفر و هارمونیک برجسته هستند که اغلب باعث خطا در سیستم‌های محافظ شده‌اند. ترانسفورماتورهای زمین‌بندی با عملکرد بالا برای رعایت این الزامات ضروری هستند.

۱.۳ نیازهای تطبیق با محیط:

آب و هوای گرم و مرطوب (رطوبت متوسط سالانه >۸۰٪) سرعت پیری تجهیزات را افزایش می‌دهد، که نیازمند ترانسفورماتورهای زمین‌بندی با عملکرد مقاومت در برابر فرسایش و پروفتی است. محیط‌های ساحلی با محتوای نمک بالا (محتوای نمک هوا >۵ میلی‌گرم/متر مکعب) خطرات فرسایش را افزایش می‌دهند، که نیاز به تطبیق بیشتر ترانسفورماتورهای زمین‌بندی با محیط را می‌طلبد.

۲. راه‌حل: سیستم ترانسفورماتور زمین‌بندی هوشمند

۲.۱ طراحی فناوری اصلی

ترانسفورماتور زمین‌بندی با اتصال زیگزاگ:

با طراحی شش‌پیچه‌ای تخصصی با ظرفیت اسمی ۱۲۵۰kVA، امپدانس صفر-دنباله بسیار پایین ۴-۶Ω (مقایسه با ۳۰Ω در ترانسفورماتورهای سنتی)، و توان تحمل کوتاه مدت ۲۵kA/۲s، که کاملاً مناسب برای کارخانه‌های توزیع بزرگ است.

• بهینه‌سازی کاهش هارمونیک: ساختار پیچه‌ای مجتمع Δ-YY با فیلترهای LC حداقل ۸۵٪ از هارمونیک‌های ۳/۵/۷ را کاهش می‌دهد، THD را از ۱۲٪ به کمتر از ۵٪ کاهش می‌دهد و به طور موثر از خسارت تجهیزات ناشی از رزونانس جلوگیری می‌کند. این توانایی کاهش هارمونیک یک ویژگی ایمنی اصلی ترانسفورماتور زمین‌بندی است.
• افزایش تطبیق با محیط: پوشش با درجه حفاظت IP54؛ اجزای مهم با پوشش سرامیک نانو، موفق به عبور از تست نمک‌پاشی IEC 60068-2-52 (۳۰۰۰ ساعت بدون فرسایش). این اقدامات محافظ اطمینان طولانی مدت ترانسفورماتورهای زمین‌بندی در محیط‌های سخت را تضمین می‌کنند.
• طراحی مدیریت حرارتی: مجهز به سیستم خنک‌کننده هوا مجبور با سینک‌های گرمایی آلومینیوم، افزایش دما به ≤۵۵K در دمای محیط ۴۵°C کنترل می‌شود. این سیستم مدیریت حرارتی کارآمد برای عملکرد ایمن ترانسفورماتورهای زمین‌بندی در آب و هوای استوایی ضروری است.

۲.۲ سیستم نظارت و محافظت هوشمند

ماژول سنسور مجتمع: نظارت زنده بر دما پیچه‌ها، تخلیه جزئی و وضعیت عایق‌بندی؛ داده‌ها به سیستم‌های SCADA محلی و پلتفرم‌های ابری (مانند Hoymiles S-miles Cloud) در چند میلی‌ثانیه همزمان می‌شوند. نظارت مداوم به طور قابل توجهی ایمنی ترانسفورماتور زمین‌بندی را افزایش می‌دهد.

هماهنگی منطق محافظت:

• هماهنگی کلید قطع: به طور خودکار حالت زمین‌بندی را در ۱۰ ثانیه پس از تشخیص کاهش ولتاژ شبکه به ۲۰٪UN (مطابق با الزامات قفل کردن ولتاژ پایین ویتنام) تغییر می‌دهد.
• یکپارچه‌سازی سیستم تشخیص خطا آتش‌سوزی (AFCI): مدارهای خراب را در ۰.۵ ثانیه قطع می‌کند و از ایجاد آتش‌سوزی ناشی از خطا در زمین‌بندی جلوگیری می‌کند. این منطق محافظت سریع به طور سلیس با ترانسفورماتور زمین‌بندی یکپارچه می‌شود.

۲.۳ بهبود تطبیق محلی

تطبیق با شبکه: حالت تست جزیره‌ای مورد نیاز EVN را پشتیبانی می‌کند، که انتقال سلسله‌مرحلي به تأمین انرژی ذخیره شده پس از قطع شبکه را شبیه‌سازی می‌کند. ترانسفورماتور زمین‌بندی جزء اصلی برای عبور از این تست حیاتی است.

رابط‌های سیم بسته‌سازی پیش‌نصب شده الزامات بسته‌سازی اجباری اتاق متری ویتنام را برآورده می‌کنند.

راحتی نگهداری: عمر طراحی حداقل ۲۵ سال؛ دوره‌های نگهداری به ۳ سال تمدید شده‌اند، که به طور قابل توجهی هزینه‌های O&M در مناطق استوایی را کاهش می‌دهد. دوام ترانسفورماتور زمین‌بندی به طور قابل توجهی هزینه‌های چرخه حیات را کاهش می‌دهد.

۳. نتایج حاصله

۳.۱ افزایش ایمنی و قابلیت اعتماد

انتقال زمین‌بندی متعادل را در ۱۵ میلی‌ثانیه در طول خطاها در شبکه (بیش از استاندارد ۵۰ میلی‌ثانیه ویتنام) انجام می‌دهد، که ادامه عملکرد بارهای حیاتی (مانند خطوط تولید کارخانه) را تضمین می‌کند. مدیریت سریع خطا توسط ترانسفورماتور زمین‌بندی نرخ خرابی تجهیزات را ۸۵٪ کاهش داد و به طور کامل حوادث مرتبط با زمین‌بندی را پس از نصب در یک پروژه منطقه صنعتی هانوی در سال ۲۰۲۴ حذف کرد.

۳.۲ مزایای اقتصادی و رعایت قوانین

• کاهش ریسک جریمه: برآورده کردن الزامات تولید دی‌اکسید کربن طبق "قانون صنعت سبز"، باعث اجتناب از جریمه‌های معادل ۳٪ درآمد سالانه می‌شود.
• کوتاه شدن دوره بازپرداخت: از طریق کاهش هزینه‌های نگهداری (کاهش ۳۵٪) و کاهش زیان‌های ناشی از خاموشی، IRR به اندازه ۲-۳ درصد افزایش یافته و دوره بازپرداخت از ۵.۸ به ۴.۲ سال کاهش یافته است.

۳.۳ افزایش توان پشتیبانی شبکه

اجتياز آزمون تنظیم پویا: تحت فرمان‌رسانی انعطاف‌پذیر EVN (وقتی بار شبکه <۷۵٪)، حمایت از تنظیم توان تا ۳۰٪ ظرفیت نصب شده، امکان مشارکت نیروگاه‌ها در بازار تنظیم فرکانس (FRM) را فراهم می‌کند. نقطه متعادل پایدار توسط ترانسفورماتور زمین‌بندی تشکیل می‌شود که پایه این عملکرد پشتیبانی شبکه را می‌سازد. در یک پروژه آزمایشی در شهر هوچی‌مین، با ارائه پشتیبانی توان واکنشی، نیروگاه ۱۲٪ درآمد اضافی از خدمات جانبی کسب کرد.