Výběr optimálního návrhu a klíčové zvážení transformátorů větrných elektráren

1 Význam výběru a optimálního návrhu transformátorů větrných turbín v větrných farem

S rozšiřováním systémů využívajících větrné energie se integruje více elektrických transformátorů, což zvyšuje celkovou kapacitu zařízení a provozní ztráty. Transformátory, vyrobené především z drahých silikátových plechů, měděných civek a folií, jsou také obtížné na návrh. Proto je potřeba optimální návrh a vědecký výběr, aby byly splněny technické, státní standardy a požadavky uživatelů.

Pro zajištění stabilního chodu transformátoru je třeba studovat jejich provozní podmínky, scénáře použití, návrhové procesy a principy. Je třeba vytvořit model optimálního návrhu, použít vědecké metody pro analýzu a řešení problémů a sestavit návrh, který bude ekonomicky efektivní.

Zkráceně, optimální návrh zvyšuje využití větrné energie, propagaci čisté energie, kontrolu ztrát v síti, kvalitu produktu a stabilitu transformátoru, což podporuje vývoj větrné energie. Při návrhu je třeba vědecky vybírat transformátory pro větrné farmy. S hlubšími výzkumy odborníci integrují IT, vytvářejí metody jako genetické algoritmy, roje částic a neuronové sítě. Použití těchto metod pomáhá navrhovat lépe přizpůsobené transformátory.

2 Charakteristiky a technické požadavky na transformátory větrných farem

Současné transformátory větrných farem často používají kombinovanou strukturu. Jejich vzhled a krabičky pro vysoké a nízké napětí jsou uspořádány do tvaru „pin“ nebo „síť“, v závislosti na místech instalace. Krabička s nízkým napětím je spojena s výstupy větrných turbín.

Přenosové linky mezi turbínami a transformátory mohou mít fázové krátké spojení. Turbíny mají automatickou ochranu, která chrání transformátory. Na straně ochrany transformátoru nainstalujte ploché pojistky. Návrháři přidávají omezovače proudu a spínače pro řízení zatížení na straně vysokého napětí. Kvůli vysokému napětí a zranitelnosti strany sítě vůči přenosovým lineám nainstalujte ochranu proti blesku na straně vysokého napětí.

2.1 Provozní charakteristiky

Generátory mají malou kapacitu. Silné větry mohou překročit hodnoty turbín, což aktivuje automatickou ochranu, která omezí nebo pozastaví provoz. Poté, co připojený transformátor pracuje s nízkým zatížením, dochází k krátkému celkovému přetížení.

Transformátory potřebují silný konstrukční návrh. Větrné farmy se nacházejí v komplexních oblastech, jako jsou planiny, Gobi nebo mořské oblasti. Tyto oblasti vyžadují profesionální konstrukční návrh a funkce (viz obrázek 1 pro principy konstrukčního návrhu transformátoru).

3 Technické požadavky

• Nízká teplotní produkce:Větrné farmy jsou velmi ovlivněny sezónami a transformátory mají dlouhé období bez zatížení. Během návrhu je tedy třeba snížit ztráty bez zatížení. Vědecky vyberte místo instalace pro efektivní odvod tepelné energie, což umožní rychlý provoz i při zatížení.

• Odolnost vůči počasí, erozi a korozi:V pobřežních oblastech bohatých na větry mohou tvrdé klimatické podmínky poškodit transformátory. Bez ochranných zařízení generátorů může expozice a koroze způsobit selhání provozu.

• Hmotnost, kompaktnost, vysoká pevnost a snadná instalace/provoz:U malých a nerovnoměrných prostor pro instalaci, při výběru transformátorů, je třeba zohlednit bezpečný prostor mezi zařízeními, jednotkovou kapacitu a hmotnost. Navrhněte kompaktní rozměry, tvar a vhodnou hmotnost. Jednotky větrných turbín potřebují přizpůsobenou dopravu/pohyb podle vzdáleností, abyste zabránili srážkám a vibracím a zlepšili mechanickou pevnost.

• Technické vlastnosti transformátoru:V některých větrných farem čelí větrné turbíny dopravním a přírodním výzvám, což ztěžuje údržbu a zvyšuje náklady. Rozsáhlé opravy způsobují dlouhé výpadky, což škodí efektivitě. Proto je třeba vybrat ekonomické, spolehlivé a bezpečné transformátory. Navrhněte z různých úhlů: použijte dělené nádrže pro spojení s náhradními spínači. Nádrže musí splňovat státní standardy pro rozměry a uzavřenost. Pro vysokonapěťové kabely postupujte podle “jeden v, jeden ven”. Nainstalujte chladicí prvky s ochrannými zařízeními, abyste zabránili srážkám a unikům oleje. Struktura nádrže transformátoru je znázorněna na obrázku 2.

4 Výběr a optimální návrh hlavních transformátorů v větrných farem
4.1 Chladicí metody transformátorů

Transformátory používají různé chladicí metody, především namáchané, suché a plynné. Namáchané jsou malé, odolné vůči vysokému napětí a dobře odvádějí teplo, ale riskují unik oleje, injekci nebo hoření při vysokoteplotních poruchách, což spotřebovává mnoho energie a znečišťuje životní prostředí - proto je třeba vybírat opatrně. Suché jsou bezpečné, čisté, odolné proti hoření, snadno udržovatelné a odolné proti krátkým spojením, ale jsou velké a těžko instalovatelné. Plynné používají netoxický, nenálevný plyn jako médium, s konstrukcí podobnou namáchaným typům. Tyto eliminují výše uvedené nedostatky, jsou snadno udržovatelné a stojí za propagaci.

4.2 Ochrana chladicích křídel

Schránky transformátorů v větrných farech mají tři části: chladič, olejová nádrž a přední komora, přičemž chladič potřebuje klíčovou ochranu. Protože jsou často instalovány v těžkých pobřežních divočinách, kde jsou zranitelné vůči lidskému poškození, je obvykle kolem chladiče umístěna krytina ze slitiny. Ta brání srážkám a zajišťuje odvod tepelné energie, takže schránka a krytina potřebují vědecký návrh.

4.3 Dělená schránka pro náhradní spínače

Vzhledem k provozním podmínkám a okolnostem transformátorů v větrných farech, náhradní spínače a transformátory potřebují dělenou schránku:

• Spojte výstup transformátoru s hlavní linkou; zajistěte vysokou operační efektivitu náhradních spínačů v běžných kombinovaných transformátorech.

• Elektřiny z interních náhradních spínačů během provozu způsobují stárnutí izolačního oleje a ukládání uhlíku, což škodí izolaci. Tedy, pevná nádrž, izolovaná od vlastní nádrže transformátoru a samostatně navržená, může zaručit stabilní provoz.

5 Praktické využití optimálního návrhu

Optimalizace parametrů, proměnných a provozních podmínek pomocí upgradovaného algoritmu roje částic vede k optimálnímu návrhu transformátoru. Ve srovnání s běžnými schématy to snižuje spotřebu materiálů a náklady a zlepšuje ztráty při zatížení, proud bez zatížení a zvýšení teploty mezi cívkou a olejem. I když spotřeba materiálů klesne, ztráty při zatížení se zvýší. Proto je třeba navrhovat na základě skutečného provozu, analyzovat materiály, ztráty a návrhové náklady a vybrat nejlepší schéma.

6 Závěr

Při stavbě a provozu větrných farem je třeba zajistit stabilní chod elektrického systému vědeckým výběrem transformátorů podle skutečných potřeb a standardů, aby byla maximalizována jejich role. Vzhledem ke specifickému návrhu a provozním podmínkám je třeba navrhovat vědecky podle státních standardů, zkušeností a specifik. Optimalizujte procesy, integrujte nové koncepty a porovnejte schémata, abyste zajistili, že konečné schéma splňuje požadavky.