Selección do deseño óptimo e consideracións clave para transformadores de parques eólicos

1 Significado da selección e do deseño óptimo de transformadores de aerxeneradores en parques eólicos

Conforme se expanden os sistemas de enerxía eólica, integranse máis transformadores, aumentando a capacidade total do equipo e as perdas operativas. Os transformadores, feitos principalmente de caras lamiñas de silicio, devandos de cobre e foils, tamén son difíciles de deseñar. Polo tanto, é necesario un deseño óptimo e unha selección científica para satisfacer os requisitos técnicos, nacionais e dos usuarios.

Para asegurar unha operación estable do transformador, estúdianse as súas condicións de funcionamento, escenarios de servizo, procesos de deseño e principios. Constrúese un modelo de deseño óptimo, úsanse métodos científicos para o análise e a resolución de problemas, e forma un deseño económico.

En resumo, o deseño óptimo aumenta o uso da enerxía eólica, a promoción da enerxía limpa, o control das perdas na rede, a calidade do produto e a estabilidade do transformador, avanzando no desenvolvemento da enerxía eólica. Durante o deseño, seleccionan-se científicamente os transformadores de parque eólico. Con investigacións máis profundas, os expertos integran a TI, creando métodos como algoritmos xéneticos, de enxambre de partículas e redes neuronais. A aplicación destes axuda no deseño de transformadores máis adecuados.

2 Características e requisitos técnicos dos transformadores de potencia de parques eólicos

Os transformadores de potencia actuais de parques eólicos adoitan usar unha estrutura combinada. A súa apariencia e as caixas de control de alta e baixa tensión están dispostas en forma de "pin" ou "malla", dependendo do sitio de instalación. A caixa de baixa tensión conecta coas salidas do aerxenerador.

As liñas de transmisión entre os aerxeneradores e os transformadores poden ter curtos circuitos fase a fase. Os aerxeneradores teñen protección automática para protexer os transformadores. Instálase un interruptor de fusible tipo cuchillo no lado de protección do transformador. Os deseñadores engaden limitadores de corrente e interruptores de control de carga no lado de alta tensión. Debido á alta tensión e á vulnerabilidade do lado da rede a sobretensiones nas liñas de transmisión, instálase protección contra raios no lado de alta tensión.

2.1 Características de funcionamento

Os xeradores teñen capacidades pequenas. Ventos fortes poden superar as clasificacións dos aerxeneradores, activando a protección automática para limitar ou pausar a operación. Entón, o transformador conectado funciona a baixa carga, levando a tempos de sobrecarga global moi curtos.

Os transformadores requiren un deseño estructural forte. Os parques eólicos están en áreas complexas como mesetas, Gobi ou mar adentro. Estas demandan un deseño estructural profesional e funcións (ver Figura 1 para os principios de deseño estructural do transformador).

3 Requisitos técnicos

• Baixa xeración de calor:Os parques eólicos están altamente afectados pola estación, e os transformadores teñen períodos de carga nula prolongados. Polo tanto, durante o deseño, reducense as perdas de carga nula. Selecciónase científicamente a localización da instalación para unha dissipación de calor eficaz, permitindo unha operación de alta velocidade incluso baixo carga.

• Resistencia forte ao clima, intemperie e corrosión:En áreas costeiras ricas en vento, os climas adversos poden danar os transformadores. Sen dispositivos protectores de xeradores, a exposición e a corrosión poden causar fallos de operación.

• Liviano, compacto, de alta resistencia e fácil de instalar/operar:Dado que os espazos de instalación son pequenos e irregulares, ao seleccionar transformadores, considerase o espazo de seguridade entre equipos, a capacidade da unidade e o peso. Deseñase para un tamaño compacto, forma e peso adecuado. As unidades de aerxenerador requiren transporte/izado personalizado segundo as distancias para evitar colisións/vibracións e aumentar a resistencia mecánica.

• Características técnicas do transformador:En algúns parques eólicos, os aerxeneradores encaran desafíos de tráfico/ambiente natural, facendo difícil e cara a manutención. As grandes revisións causan interrupcións prolongadas, prejudicando a eficiencia. Polo tanto, escólleanse transformadores económicos, fiables e seguros. Deseñase desde múltiples ángulos: usa estruturas de tanque dividido para conexións de interruptor de carga-transformador. Os tanques deben cumprir con estándares nacionais de tamaño y hermeticidad. Para os cables de alta tensión, siguese "un entrada, unha saída". Instálanse disipadores de calor con dispositivos de protección para prevenir colisións e derrames de aceite. A estrutura do tanque do transformador amósase na Figura 2.

4 Selección e deseño óptimo de transformadores principais en parques eólicos
4.1 Métodos de refrixeración de transformadores

Os transformadores usan diferentes métodos de refrixeración, principalmente sumergidos en aceite, secos e aislados a gas. Os sumergidos en aceite son pequenos, resistentes a alta tensión e boas para a dissipación de calor, pero arriesgan a fuga, inxección ou combustión de aceite en fallos de alta temperatura, consumindo moita enerxía e contaminando o medio ambiente—por tanto, escólleanse con cautela. Os secos son seguros, limpios, resistentes ao fogo, fáceis de manter e resistentes a cortocircuitos, pero grandes e difíciles de instalar. Os aislados a gas usan un medio non tóxico e non inflamable, con unha estrutura similar aos sumergidos en aceite. Evítanse as desvantaxes anteriores, son fáceis de manter e merecen ser promovidos.

4.2 Protección para as aletas de refrixeración

Os armarios dos transformadores de parques eólicos teñen tres partes: radiador, tanque de aceite e cámara frontal, sendo o radiador o que necesita protección clave. Como se instalan frecuentemente en zonas costeiras selvaxes, propensas a danos humanos, xeralmente colócase unha cuberta de placa de acero ao redor do radiador. Prevén colisións e asegura a dissipación de calor, polo que o armario e a cuberta necesitan un deseño científico.

4.3 Deseño de armario dividido para interruptores de carga

Dado o entorno e as condicións de funcionamento dos transformadores de parques eólicos, os interruptores de carga e os transformadores necesitan un deseño de armario dividido:

• Conecta a saída do transformador á liña principal; asegura unha alta eficiencia de operación dos interruptores de carga en transformadores combinados normais.

• Os arcos provenientes dos interruptores de carga internos durante a operación causan o envellecemento do aceite aislante e a deposición de carbono, danando o aislamento. Polo tanto, un tanque de aceite fixo, aislado do propio tanque do transformador e deseñado de forma independente, pode asegurar unha operación estable.

5 Aplicación práctica do deseño óptimo

Optimizando parámetros, variables e condicións de funcionamento mediante un algoritmo de enxambre de partículas mellorado, obtense o deseño óptimo do transformador. En comparación cos esquemas normais, reduce o uso de materiais e custos, e mellora as perdas de carga, a corrente de carga nula e o aumento de temperatura entre o devanado e o aceite. Aínda que o uso de materiais diminúa, as perdas de carga aumentan. Polo tanto, deseñase baseándose na operación real, analizando o material, as perdas e os custos de deseño para seleccionar o mellor esquema.

6 Conclusión

Na construción e operación de parques eólicos, asegúrase unha operación estable do sistema de enerxía mediante a selección científica de transformadores segundo as necesidades reais e os estándares para maximizar o seu papel. Debido ao seu deseño especial e condicións de funcionamento, deseñase científicamente segundo os estándares nacionais, a experiencia e os detalles específicos; optimízanse os procesos, integranse novos conceptos e compáranse esquemas para asegurar que o final cumpra coas exigencias.