Розумні трансформатори заземлення для підтримки автономних мереж

1. Фон проекту

Проекти розподіленої фотоелектричної (ФЕ) енергетики та систем зберігання енергії швидко розвиваються у В'єтнамі та Південній Азії, але стикаються з значними викликами:

1.1 Нестабільність мережі:

Електромережа В'єтнаму часто досить коливань (особливо в північних промислових зонах). У 2023 році дефіцит вугільної енергії спричинив масштабні відключення, що призвели до щоденних втрат, які перевищили 5 мільйонів доларів США. Традиційні ФЕ-системи не мають ефективних можливостей управління нейтральним заземленням, що робить обладнання вразливим до пошкоджень та аварійних ситуацій під час відключень електромережі. Це підкреслює критичну потребу в надійних заземлювальних трансформаторах.

1.2 Тиск на відповідність політичним та безпековим вимогам:

Регуляторні вимоги В'єтнаму на 2024 рік вимагають, щоб системи зберігання енергії пройшли 72-годинний тест на автономність проведенний Групою В'єтнамської електроенергетики (EVN) та матимуть можливості перетворення напруги при високих та низьких значеннях (HVRT/LVRT). З широким застосуванням електроніки потужності, проблеми з нульовим послідовним струмом та гармоніками є вираженими, часто викликаючи помилки захисту. Високопродуктивні заземлювальні трансформатори є необхідними для відповідності цим регуляторним вимогам.

1.3 Вимоги до адаптації до середовища:

Клімат з високою температурою та вологістю (середня річна вологість >80%) прискорює старіння обладнання, що вимагає заземлювальних трансформаторів з високою стійкістю до корозії та захисту від вологи. Прибережні солоні спреї (вміст солі в повітрі >5 мг/м³) ще більше погіршують ризики корозії, що ставить високі вимоги до адаптації до середовища заземлювальних трансформаторів.

2. Рішення: Інтелектуальна система заземлювального трансформатора

2.1 Дизайн основних технологій

Заземлювальний трансформатор з зигзагоподібним з'єднанням:

Має спеціалізований шістковитковий дизайн з номінальною потужністю 1250 кВА, надзвичайно низький нульовий послідовний імпеданс 4-6Ω (порівняно з 30Ω у традиційних трансформаторах) та можливість витримати коротке замикання 25 кА/2 с, ідеально підходить для великих розподілених електростанцій.

• Оптимізація підтримки гармонік: Інтегрована Δ-YY виткова структура з LC-фільтрами забезпечує ≥85% підтримки 3-го/5-го/7-го гармонік, зменшуючи загальне гармонічне спотворення (THD) з 12% до <5%, ефективно запобігаючи пошкодженням обладнання через резонанс. Ця здатність до підтримки гармонік представляє собою ключову безпекову особливість заземлювального трансформатора.
• Покращення адаптації до середовища: Корпус з захистом IP54; важливі компоненти оброблені нано-керамічним покриттям, пройшли тестування IEC 60068-2-52 на солоні спреї (3000 годин без корозії). Ці захисні заходи забезпечують довготривалий ресурс заземлювальних трансформаторів у складних умовах.
• Дизайн теплового управління: Обладнано алюмінієвими теплообмінниками та системою примусового повітряного охолодження, контроль підвищення температури до ≤55K при температурі оточуючого середовища 45°C. Ця ефективна система теплового управління є важливою для безпечного функціонування заземлювальних трансформаторів в тропічному кліматі.

2.2 Інтелектуальна система моніторингу та захисту

Інтегрований модуль датчиків: Реальний час моніторингу температури витків, часткового розряду та стану ізоляції; дані синхронізовані з локальними SCADA та хмарними платформами (наприклад, Hoymiles S-miles Cloud) за мілісекунди. Послідовний моніторинг значно підвищує профіль безпеки заземлювального трансформатора.

Координація логіки захисту:

• Координація автоматичних вимикачів: Автоматично переключає режим заземлення протягом 10 секунд після виявлення падіння напруги мережі до 20% UN (відповідає вимогам В'єтнаму щодо блокування при низькій напрузі)
• Інтеграція системи виявлення дугових відмов (AFCI): Перериває виникнення відмов у цепях за 0,5 секунди, запобігаючи вогневим відмовам через заземлення. Ця швидка логіка захисту інтегрується зі заземлювальним трансформатором.

2.3 Локальні покращення адаптації

Відповідність мережі: Підтримує режим тестування на автономність, вимоги EVN, імітуючи безперервний перехід на живлення від систем зберігання енергії після переривання мережі. Заземлювальний трансформатор є ключовим компонентом для проходження цього критичного тесту.

Заздалегідь встановлені інтерфейси для запечатування проводів відповідають обов'язковим вимогам В'єтнаму щодо запечатування розподільних камер.

Зручність обслуговування: Прогнозований термін служби ≥25 років; цикли обслуговування продовжені до 3 років, значно знижуючи витрати на обслуговування в тропічних регіонах. Протяжність життя заземлювального трансформатора значно знижує витрати на всьому циклі життя.

3. Досягнуті результати

3.1 Покращена безпека та надійність

Досягає переключення нейтрального заземлення протягом 15 мс під час аварій у мережі (перевищуючи стандарт В'єтнаму 50 мс), забезпечуючи безперервну роботу критичних навантажень (наприклад, виробничих ліній). Швидке управління аваріями, надане заземлювальним трансформатором, знизило частку відмов обладнання на 85% та повністю усунуло інциденти, пов'язані з заземленням, після впровадження в промисловій зоні Ханоя в 2024 році.

3.2 Економічні переваги та відповідність

• Зниження ризику штрафів: Відповідає вимогам щодо викидів вуглекислого газу "Акту зеленої промисловості", уникання штрафів у розмірі 3% від річного доходу.
• Скорочення періоду окупності: Завдяки зниженню витрат на обслуговування (на 35%) та зменшенню втрат через простої, IRR збільшився на 2-3 процентних пункти, скорочуючи період окупності з 5,8 до 4,2 року.

3.3 Покращена можливість підтримки мережі

Пройдене тестування динамічного регулювання: При гнучкому розподілі EVN (коли навантаження мережі <75%), підтримує регулювання потужності до 30% встановленої потужності, що дозволяє електростанцій брати участь у Ринку Регулювання Частоти (FRM). Стабільна нейтральна точка, надана заземлювальним трансформатором, формує основу для цієї функціональності підтримки мережі. У пілотному проекті у місті Хо Ші Мінь, надаючи реактивну підтримку, електростанція отримала додатковий прибуток у розмірі 12% від допоміжних послуг.