Selezione Ottimale Progettazione e Considerazioni Chiave per i Trasformatori di Parco Eolico

1 Importanza della Selezione e del Progetto Ottimale dei Trasformatori Eolici nelle Centrali Eoliche

Con la diffusione dei sistemi eolici, vengono integrati sempre più trasformatori, aumentando la capacità totale delle attrezzature e le perdite operative. I trasformatori, realizzati principalmente con costose lamiere di silicio, avvolgimenti di rame e nastri, sono anche difficili da progettare. Pertanto, è necessario un progetto ottimale e una selezione scientifica per soddisfare i requisiti tecnici, nazionali e degli utenti.

Per garantire un'operazione stabile dei trasformatori, è necessario studiare le loro condizioni operative, gli scenari di servizio, i processi di progettazione e i principi. Si deve costruire un modello di progettazione ottimale, utilizzare metodi scientifici per l'analisi e la risoluzione dei problemi, e formare un progetto economico.

In breve, il progetto ottimale aumenta l'utilizzo dell'energia eolica, la promozione dell'energia pulita, il controllo delle perdite nella rete, la qualità del prodotto e la stabilità dei trasformatori, favorendo lo sviluppo dell'energia eolica. Durante la progettazione, si devono selezionare scientificamente i trasformatori per le centrali eoliche. Con ricerche più approfondite, gli esperti integrano la tecnologia IT, creando metodi come algoritmi genetici, colonie di particelle e reti neurali. L'applicazione di questi metodi aiuta a progettare trasformatori più adatti.

2 Caratteristiche e Requisiti Tecnici dei Trasformatori Elettrici per Centrali Eoliche

I trasformatori elettrici attuali per centrali eoliche spesso utilizzano una struttura combinata. Il loro aspetto e le scatole di controllo ad alta e bassa tensione sono disposti in forma di "perno" o "rete", a seconda del sito di installazione. La scatola a bassa tensione si collega alle uscite delle turbine eoliche.

Le linee di trasmissione tra le turbine e i trasformatori possono avere cortocircuiti tra fasi. Le turbine hanno protezioni automatiche per proteggere i trasformatori. Si installa un interruttore a coltello sulla parte protetta del trasformatore. I progettisti aggiungono limitatori di corrente e interruttori di controllo del carico sul lato ad alta tensione. A causa della tensione elevata e della vulnerabilità del lato della rete agli impulsi delle linee di trasmissione, si installa la protezione contro i fulmini sul lato ad alta tensione.

2.1 Caratteristiche Operative

I generatori hanno piccole capacità. Venti forti possono superare le valutazioni delle turbine, attivando la protezione automatica per limitare o sospendere l'operazione. In tal caso, il trasformatore connesso opera a basso carico, portando a tempi di sovraccarico complessivi brevi.

I trasformatori richiedono un progetto strutturale robusto. Le centrali eoliche si trovano in aree complesse come altipiani, Gobi o offshore. Queste richiedono un progetto strutturale professionale e funzionalità (vedi Figura 1 per i principi del progetto strutturale dei trasformatori).

3 Requisiti Tecnici

• Bassa Produzione di Calore:Le centrali eoliche sono fortemente influenzate dalle stagioni, e i trasformatori hanno lunghi periodi a vuoto. Pertanto, durante la progettazione, si riducono le perdite a vuoto. Si seleziona scientificamente il luogo di installazione per una dissipazione del calore efficace, consentendo un'operazione ad alta velocità anche sotto carico.

• Resistenza Elevata a Condizioni Meteorologiche, Corrosione e Soffiatura:Nelle aree costiere ricche di vento, i climi rigidi possono danneggiare i trasformatori. Senza dispositivi di protezione generatore, esposizione e corrosione possono causare guasti operativi.

• Leggeri, Compatti, di Alta Resistenza e Facili da Installare/Operare:Data la piccola e irregolare area di installazione, quando si selezionano i trasformatori, si considera lo spazio di sicurezza tra le attrezzature, la capacità unitaria e il peso. Si progetta per dimensioni compatte, forma e peso adeguati. Le unità delle turbine eoliche richiedono un trasporto/sollevamento su misura in base alle distanze per evitare collisioni/vibrazioni e aumentare la resistenza meccanica.

• Caratteristiche Tecniche dei Trasformatori:In alcune centrali eoliche, le turbine eoliche affrontano sfide di traffico e ambiente naturale, rendendo difficile e costosa la manutenzione. Le revisioni su larga scala causano interruzioni prolungate, danneggiando l'efficienza. Pertanto, si scelgono trasformatori economici, affidabili e sicuri. Si progetta da molteplici angolazioni: si utilizzano strutture a serbatoio diviso per le connessioni tra interruttori di carico e trasformatori. I serbatoi devono soddisfare gli standard nazionali per dimensioni e strettura. Per i cavi ad alta tensione, si segue il principio "uno dentro, uno fuori". Si installano dissipatori di calore con dispositivi di protezione per prevenire collisioni e fughe d'olio. La struttura del serbatoio del trasformatore è mostrata nella Figura 2.

4 Selezione e Progetto Ottimale dei Trasformatori Principali nelle Centrali Eoliche
4.1 Metodi di Raffreddamento dei Trasformatori

I trasformatori utilizzano diversi metodi di raffreddamento, principalmente a immersione in olio, a secco e isolati a gas. Quelli a immersione in olio sono piccoli, resistenti ad alte tensioni e buoni nella dissipazione del calore, ma rischiano fuga, iniezione o combustione dell'olio in caso di guasti ad alta temperatura, consumando molta energia e inquinando l'ambiente—quindi scegliere con cautela. Quelli a secco sono sicuri, puliti, resistenti al fuoco, facili da mantenere e resistenti a cortocircuiti, ma grandi e difficili da installare. Quelli isolati a gas utilizzano un gas non tossico e non infiammabile come mezzo, con una struttura simile a quella a immersione in olio. Evitano i difetti sopra menzionati, sono facili da mantenere e meritevoli di promozione.

4.2 Protezione per le Alette di Raffreddamento

Le cabine dei trasformatori delle centrali eoliche hanno tre parti: radiatore, serbatoio di olio e camera anteriore, con il radiatore che richiede una protezione chiave. Poiché sono spesso installati in selvagge zone costiere, soggetti a danni umani, solitamente si imposta una copertura in lamiera intorno al radiatore. Questo prevenisce collisioni e garantisce la dissipazione del calore, quindi la cabina e la copertura richiedono un progetto scientifico.

4.3 Progetto a Cabina Divisa per Interruttori di Carico

Dato l'ambiente e le condizioni operative dei trasformatori delle centrali eoliche, interruttori di carico e trasformatori richiedono un progetto a cabina divisa:

• Collegare l'uscita del trasformatore alla linea principale; assicurare un'efficienza operativa elevata degli interruttori di carico nei trasformatori combinati ordinari.

• Gli archi prodotti dagli interruttori di carico interni durante l'operazione causano l'invecchiamento dell'olio isolante e la deposizione di carbonio, danneggiando l'isolamento. Pertanto, un serbatoio fisso di olio, isolato dal serbatoio del trasformatore stesso e progettato indipendentemente, può garantire un'operazione stabile.

5 Applicazione Pratica del Progetto Ottimale

L'ottimizzazione dei parametri, variabili e condizioni operative tramite un algoritmo migliorato di colonia di particelle produce il progetto ottimale del trasformatore. In confronto a schemi ordinari, riduce l'uso di materiali e i costi, e migliora la perdita di carico, la corrente a vuoto e l'aumento di temperatura tra bobina e olio. Anche se l'uso di materiali diminuisce, la perdita di carico aumenta. Pertanto, si progetta in base all'operazione effettiva, analizzando materiali, perdite e costi di progettazione per selezionare lo schema migliore.

6 Conclusione

Nella costruzione e nell'operazione delle centrali eoliche, si garantisce l'operazione stabile del sistema elettrico selezionando scientificamente i trasformatori in base alle esigenze e agli standard effettivi per massimizzare il loro ruolo. A causa del loro progetto speciale e delle condizioni operative, si progetta scientificamente secondo gli standard nazionali, l'esperienza e le specifiche; si ottimizzano i processi, si integrano nuovi concetti e si confrontano gli schemi per assicurare che quello finale soddisfi i requisiti.