Pametni transformatori za zemljanje za potporu mreži otoka

1. Pozadina projekta

Raspršeni fotovoltaički (PV) i projekt energetske pohrane brzo se razvijaju u Vietnamu i jugoistočnoj Aziji, ali suočavaju se s značajnim izazovima:

1.1 Nestabilnost mreže:

Mreža električne energije u Vijetnamu doživljava česte fluktuacije (posebno u industrijskim zonama sjevernog dijela). Godine 2023. nedostatak električne energije proizvedene iz ugljena doveo je do velikih isključivanja, što je rezultiralo gubitcima preko 5 milijuna USD dnevno. Tradicionalni PV sustavi nemaju efektivne mogućnosti upravljanja neutralnom zemljom, što čini opremu osjetljivom na oštećenje i sigurnosne incidente tijekom propada mreže. To ističe kritičnu potrebu za pouzdanim transformatorima zemlje.

1.2 Pritisak pravila i usklađenosti s sigurnosnim standardima:

Vijetnamska regulativa za 2024. godinu zahtijeva da sustavi energetske pohrane prolaze 72-satnim testom rada na otvorenom ostrvu pod nadzorom Grupe Električne Energetike Vijetnama (EVN) i posjeduju sposobnosti prelaska visokim i niskim naprezanjima (HVRT/LVRT). S obzirom na široku primjenu strujnih elektronika, problemi s nul-strujom i harmoničkim talasima su izraženi, često pokretajući neispravne radove zaštite. Visoko performantni transformatori zemlje su ključni za ispunjenje ovih zahtjeva za usklađenost.

1.3 Zahtjevi za prilagodljivošću okruženju:

Klimatski uvjeti s visokim temperaturama i vlažnošću (prosječna godišnja vlažnost >80%) ubrzavaju starenje opreme, zahtijevajući transformatore zemlje s robustnom otpornosti na koroziju i vlagu. Okoliši uz obalu s visokim udjelom soli u zraku (sadrsavanje soli u zraku >5mg/m³) dodatno povećavaju rizik od korozije, stavljaći veće zahtjeve na prilagodljivošću transformatora zemlje okruženju.

2. Rješenje: Inteligentni sustav transformatora zemlje

2.1 Dizajn ključne tehnologije

Transformator zemlje sa zigzag vezom:

Omotan specijalnim dizajnom s šest zavojnicama s nominiranim kapacitetom od 1250kVA, ultra-niskim nul-sekvencijskim impedancijama od 4-6Ω (u usporedbi s 30Ω u tradicionalnim transformatorima) i sposobnošću otpornosti na kratkospojnu struju od 25kA/2s, savršeno je prilagođen velikim raspršenim elektrani.

• Optimizacija suzbijanja harmoničkih talasa: Integrirana Δ-YY struktura zavojnice s LC filterima postiže ≥85% suzbijanja trećeg/petog/sedmega harmoničkog talasa, smanjujući ukupnu harmoničku distorziju (THD) s 12% na <5%, efektivno sprečavajući oštećenje opreme uzrokovano rezonancom. Ova sposobnost suzbijanja harmoničkih talasa predstavlja ključnu sigurnosnu značajku transformatora zemlje.
• Poboljšanje prilagodljivošću okruženju: Kućište s zaštitom IP54; ključni komponenti obradjeni nano-keramičkom pokrivačem, prošli IEC 60068-2-52 testiranje solanog pršanja (3000 sati bez korozije). Ove zaštitne mjere osiguravaju dugoročnu pouzdanost transformatora zemlje u teškim okruženjima.
• Dizajn termalnog upravljanja: Oprijen aluminijumskim hladnjacima i sistemom prisilnog hlađenja zrakom, kontrolira se porast temperature na ≤55K pri 45°C okolišnoj temperaturi. Ovaj učinkovit sistem termalnog upravljanja ključan je za sigurno funkcioniranje transformatora zemlje u tropljim klimama.

2.2 Inteligentni sustav nadzora i zaštite

Integrirani modul senzora: Stalan nadzor temperature zavojnice, djelomične razlake i stanja izolacije; podaci sinkronizirani s lokalnim SCADA i oblakom (poput Hoymiles S-miles Cloud) unutar milisekundi. Stalan nadzor značajno poboljšava profil sigurnosti transformatora zemlje.

Koordincija logike zaštite:

• Koordincija prekidača: Automatski prebacuje na režim zemlje unutar 10 sekundi nakon detekcije pada napona mreže na 20%UN (ispunjava zahtjeve Vijetnama za zaključavanje niskog napona)
• Integracija sustava detekcije grešaka luka (AFCI): Prekida greške struja unutar 0,5 sekunde, sprečavajući da greške zemlje uzrokuju požare. Ova brza logika zaštite bez problema integrira se s transformatorom zemlje.

2.3 Poboljšanja lokalne prilagodljivošću

Usklađenost mreže: Podržava EVN-zahtjevani režim testiranja na otvorenom ostrvu, simulirajući bezprekidni prijelaz na snabdijevanje iz energetske pohrane nakon prekida mreže. Transformator zemlje je ključni komponent za prolazak ovog kritičnog testa.

Unaprijed instalirani sučelja za zapečaćivanje žice zadovoljavaju obavezne vijetnamske zahtjeve za zapečaćivanje prostora za mjerenje.

Ugodnost održavanja: Projektirana životna doba ≥25 godina; ciklusi održavanja prošireni na 3 godine, značajno smanjujući troške održavanja i upravljanja u tropljim regijama. Izdržljivost transformatora zemlje značajno smanjuje troškove ciklusa života.

3. Postignuti rezultati

3.1 Poboljšana sigurnost i pouzdanost

Postiže prebacivanje neutralne zemlje unutar 15ms tijekom propada mreže (prevazilazi vijetnamski standard od 50ms), osiguravajući neprekidno funkcioniranje ključnih opterećenja (poput linija proizvodnje tvornica). Brzo upravljanje greškama omogućeno transformatorom zemlje smanjilo je stopu propusta opreme za 85% i potpuno eliminiralo incideinte vezane uz zemlju nakon implementacije u projektnom području industrijske zone Hanoija 2024. godine.

3.2 Ekonomski prednosti i pridržavanje propisa

• Smanjen rizik od kazni: Ispunjava zahtjeve za emisiju ugljikova dioksida prema "Zakonu o zelenoj industriji," izbjegavajući kazne od 3% godišnjeg prihoda.
• Kraći period vraćanja ulaganja: Kroz smanjene troškove održavanja (smanjenje za 35%) i smanjene gubitke zbog neaktivnosti, IRR se povećao za 2-3 procentualna boda, skraćujući period vraćanja ulaganja s 5.8 na 4.2 godine.

3.3 Poboljšana sposobnost podrške mreži

Prošao ispitivanje dinamičke regulacije: Pod EVN-ovom fleksibilnom raspodjelom (kada je opterećenje mreže <75%), podržava regulaciju snage do 30% instalirane snage, omogućujući elektranam sudjelovanje u tržištu regulacije frekvencije (FRM). Stabilna neutralna točka koju pruža transformator za zemljenje čini temelj ovog funkcionalnosti podrške mreži. U pilot projeku u Ho Chi Minh City-u, pružanjem reaktivne snage, elektrana je zaradila dodatnih 12% prihoda od usluga pomoći.