Selección del Diseño Óptimo y Consideraciones Clave de los Transformadores de Parques Eólicos

1 Importancia de la selección y el diseño óptimo de transformadores eólicos en parques eólicos

A medida que se extienden los sistemas eólicos, se integran más transformadores, lo que aumenta la capacidad total del equipo y las pérdidas operativas. Los transformadores, fabricados principalmente con láminas de acero silicio, bobinados de cobre y láminas, también son difíciles de diseñar. Por lo tanto, se necesita un diseño óptimo y una selección científica para cumplir con los requisitos técnicos, nacionales y de los usuarios.

Para garantizar una operación estable del transformador, es necesario estudiar sus condiciones de operación, escenarios de servicio, procesos de diseño y principios. Se debe construir un modelo de diseño óptimo, utilizar métodos científicos para el análisis y la resolución de problemas, y formar un diseño rentable.

En resumen, el diseño óptimo mejora el uso de la energía eólica, la promoción de energías limpias, el control de las pérdidas en la red, la calidad del producto y la estabilidad del transformador, avanzando en el desarrollo de la energía eólica. Durante el diseño, se deben seleccionar científicamente los transformadores de parques eólicos. Con investigaciones más profundas, los expertos integran la tecnología de la información, creando métodos como algoritmos genéticos, de enjambre de partículas y redes neuronales. La aplicación de estos ayuda a diseñar transformadores más adecuados.

2 Características y requisitos técnicos de los transformadores de parques eólicos

Los transformadores de parques eólicos actuales suelen usar una estructura combinada. Su apariencia y cajas de control de alta y baja tensión están dispuestas en forma de "clavija" o "malla", dependiendo del sitio de instalación. La caja de baja tensión se conecta a las salidas de los aerogeneradores.

Las líneas de transmisión entre los aerogeneradores y los transformadores pueden tener cortocircuitos entre fases. Los aerogeneradores tienen protección automática para proteger a los transformadores. Se instala un interruptor fusible en el lado de protección del transformador. Los diseñadores agregan limitadores de corriente y interruptores de control de carga en el lado de alta tensión. Debido a la alta tensión y la vulnerabilidad del lado de la red a sobretensiones en las líneas de transmisión, se instala protección contra rayos en el lado de alta tensión.

2.1 Características de operación

Los generadores tienen capacidades pequeñas. Vientos fuertes pueden superar las calificaciones de los aerogeneradores, desencadenando la protección automática para limitar o pausar la operación. Entonces, el transformador conectado opera con carga baja, lo que lleva a tiempos de sobrecarga general cortos.

Los transformadores necesitan un diseño estructural robusto. Los parques eólicos se encuentran en áreas complejas como mesetas, Gobi o mar adentro. Estos requieren un diseño estructural profesional y funciones (ver Figura 1 para los principios de diseño estructural de los transformadores).

3 Requisitos técnicos

• Bajo calor generado:Los parques eólicos están altamente afectados por la estacionalidad, y los transformadores tienen largos períodos sin carga. Por lo tanto, durante el diseño, se deben reducir las pérdidas sin carga. Seleccione científicamente la ubicación de instalación para una disipación de calor efectiva, permitiendo una operación de alta velocidad incluso bajo carga.

• Resistencia a las condiciones climáticas, erosión y corrosión:En áreas costeras ricas en viento, los climas adversos pueden dañar los transformadores. Sin dispositivos protectores de generadores, la exposición y la corrosión pueden causar fallos en la operación.

• Ligero, compacto, de alta resistencia y fácil de instalar/operar:Dado que los espacios de instalación son pequeños e irregulares, al seleccionar transformadores, considere el espacio de seguridad entre equipos, la capacidad unitaria y el peso. Diseñe para un tamaño, forma y peso adecuados. Las unidades de aerogeneradores necesitan un transporte/izaje personalizado según las distancias para evitar colisiones/vibraciones y aumentar la resistencia mecánica.

• Características técnicas del transformador:En algunos parques eólicos, los aerogeneradores enfrentan desafíos de tráfico y entorno natural, lo que dificulta y encarece el mantenimiento. Las reparaciones a gran escala causan interrupciones prolongadas, perjudicando la eficiencia. Por lo tanto, elija transformadores económicos, confiables y seguros. Diseñe desde múltiples ángulos: use estructuras de tanque dividido para conexiones de interruptores de carga-transformador. Los tanques deben cumplir con las normas nacionales en cuanto a tamaño y hermeticidad. Para los cables de alta tensión, siga el principio de "uno entra, uno sale". Instale disipadores de calor con dispositivos protectores para prevenir colisiones y fugas de aceite. La estructura del tanque del transformador se muestra en la Figura 2.

4 Selección y diseño óptimo de los transformadores principales en parques eólicos
4.1 Métodos de refrigeración de transformadores

Los transformadores utilizan diferentes métodos de refrigeración, principalmente sumergidos en aceite, tipo seco e aislados con gas. Los sumergidos en aceite son pequeños, resistentes a alta tensión y buenos para la disipación de calor, pero arriesgan fugas, inyecciones o combustión en fallas de alta temperatura, consumiendo mucha energía y contaminando el medio ambiente—por lo que deben elegirse con precaución. Los de tipo seco son seguros, limpios, resistentes a las llamas, fáciles de mantener y resistentes a cortocircuitos, aunque son grandes y difíciles de instalar. Los aislados con gas utilizan un medio no tóxico y no inflamable, con una estructura similar a los sumergidos en aceite. Evitan las desventajas anteriores, son fáciles de mantener y merecen ser promovidos.

4.2 Protección de las aletas de refrigeración

Los gabinetes de los transformadores de parques eólicos tienen tres partes: radiador, tanque de aceite y cámara frontal, siendo el radiador la parte que necesita mayor protección. Dado que a menudo se instalan en zonas costeras y salvajes, propensas a daños humanos, se suele colocar una cubierta de placa de acero alrededor del radiador. Esto previene colisiones y asegura la disipación de calor, por lo que el gabinete y la cubierta necesitan un diseño científico.

4.3 Diseño de gabinete dividido para interruptores de carga

Dado el entorno y las condiciones de operación de los transformadores de parques eólicos, los interruptores de carga y los transformadores necesitan un diseño de gabinete dividido:

• Conecte la salida del transformador a la línea principal; asegure una alta eficiencia operativa de los interruptores de carga en transformadores combinados ordinarios.

• Los arcos producidos por los interruptores de carga internos durante la operación causan el envejecimiento del aceite aislante y la deposición de carbono, dañando el aislamiento. Por lo tanto, un tanque de aceite fijo, aislado del tanque propio del transformador y diseñado de manera independiente, puede garantizar una operación estable.

5 Aplicación práctica del diseño óptimo

Optimizando parámetros, variables y condiciones de operación mediante un algoritmo de enjambre de partículas mejorado, se obtiene el diseño óptimo del transformador. En comparación con los esquemas ordinarios, reduce el uso de materiales y costos, y mejora las pérdidas de carga, la corriente sin carga y el aumento de temperatura de los bobinados al aceite. Aunque el uso de materiales disminuye, las pérdidas de carga aumentan. Por lo tanto, se debe diseñar basándose en la operación real, analizando los materiales, las pérdidas y los costos de diseño para seleccionar el mejor esquema.

6 Conclusión

En la construcción y operación de parques eólicos, asegure la operación estable del sistema eléctrico seleccionando científicamente los transformadores según las necesidades reales y las normas para maximizar su papel. Debido a su diseño especial y condiciones de operación, diseñe de manera científica según las normas nacionales, la experiencia y las especificaciones; optimice los procesos, integre nuevas ideas y compare esquemas para garantizar que el final cumpla con los requisitos.