Seleção do Projeto Ótimo e Considerações Chave para Transformadores de Parques Eólicos

1 Significado da Seleção e do Projeto Ótimo de Transformadores de Aerogeradores em Parques Eólicos

À medida que os sistemas de energia eólica se expandem, mais transformadores são integrados, aumentando a capacidade total do equipamento e as perdas operacionais. Os transformadores, feitos principalmente de chapas de aço silício, enrolamentos de cobre e folhas, também são difíceis de projetar. Portanto, é necessário um projeto ótimo e uma seleção científica para atender aos requisitos técnicos, nacionais e dos usuários.

Para garantir a operação estável dos transformadores, estude suas condições de operação, cenários de serviço, processos de design e princípios. Construa um modelo de design ótimo, use métodos científicos para análise e resolução de problemas e forme um design econômico.

Em resumo, o design ótimo aumenta o uso de energia eólica, a promoção de energia limpa, o controle de perdas na rede, a qualidade do produto e a estabilidade do transformador, avançando no desenvolvimento da energia eólica. Durante o design, selecione cientificamente os transformadores do parque eólico. Com pesquisas mais profundas, os especialistas integram TI, criando métodos como algoritmos genéticos, enxame de partículas e redes neurais. A aplicação desses métodos ajuda no design de transformadores mais adequados.

2 Características e Requisitos Técnicos dos Transformadores de Energia de Parques Eólicos

Os transformadores de energia de parques eólicos atuais geralmente usam uma estrutura combinada. Sua aparência e caixas de controle de alta e baixa tensão são organizadas em forma de "pin" ou "malha", dependendo dos locais de instalação. A caixa de baixa tensão se conecta às saídas dos aerogeradores.

As linhas de transmissão entre os aerogeradores e os transformadores podem ter curtos-circuitos fase a fase. Os aerogeradores têm proteção automática para proteger os transformadores. Instale um disjuntor-fusível do lado da proteção do transformador. Os designers adicionam limitadores de corrente e interruptores de controle de carga do lado de alta tensão. Devido à alta tensão e à vulnerabilidade do lado da rede a surtos nas linhas de transmissão, instale proteção contra raios do lado de alta tensão.

2.1 Características Operacionais

Os geradores têm capacidades pequenas. Ventos fortes podem exceder as classificações dos aerogeradores, acionando a proteção automática para limitar ou pausar a operação. Nesse caso, o transformador conectado opera com carga baixa, levando a tempos de sobrecarga gerais curtos.

Os transformadores precisam de um design estrutural robusto. Os parques eólicos estão em áreas complexas como planaltos, Gobi ou offshore. Essas demandam um design estrutural profissional e funções (veja a Figura 1 para os princípios de design estrutural do transformador).

3 Requisitos Técnicos

• Baixa Geração de Calor:Os parques eólicos são altamente afetados pelas estações, e os transformadores têm longos períodos sem carga. Portanto, durante o design, reduza as perdas sem carga. Selecione cientificamente o local de instalação para dissipação eficaz de calor, permitindo a operação em alta velocidade, mesmo sob carga.

• Resistência Forte a Clima, Intempéries e Corrosão:Em áreas costeiras ricas em vento, climas severos podem danificar os transformadores. Sem dispositivos de proteção do gerador, a exposição e a corrosão podem causar falhas de operação.

• Leve, Compacto, Alta Resistência e Fácil de Instalar/Operar:Dado os espaços de instalação pequenos e irregulares, ao selecionar transformadores, considere o espaço de segurança entre os equipamentos, a capacidade da unidade e o peso. Projetar para tamanho compacto, formato e peso adequados. As unidades de aerogeradores precisam de transporte/guindaste personalizado, com base nas distâncias, para evitar colisões/vibrações e aumentar a resistência mecânica.

• Características Técnicas do Transformador:Em alguns parques eólicos, os aerogeradores enfrentam desafios de tráfego/ambiente natural, tornando a manutenção difícil e cara. Grandes reformas causam interrupções prolongadas, prejudicando a eficiência. Portanto, escolha transformadores econômicos, confiáveis e seguros. Projetar de múltiplos ângulos: usar estruturas de tanque dividido para conexões de interruptor de carga-transformador. Os tanques devem atender aos padrões nacionais de tamanho e estanqueidade. Para cabos de alta tensão, seguir "um entrada, uma saída". Instalar dissipadores de calor com dispositivos de proteção para prevenir colisões e vazamentos de óleo. A estrutura do tanque do transformador é mostrada na Figura 2.

4 Seleção e Projeto Ótimo de Transformadores Principais em Parques Eólicos
4.1 Métodos de Resfriamento de Transformadores

Os transformadores usam diferentes métodos de resfriamento, principalmente imersão em óleo, tipo seco e isolado a gás. Os de imersão em óleo são pequenos, resistentes a alta tensão e bons em dissipação de calor, mas correm o risco de vazamento, injeção ou combustão de óleo em falhas de alta temperatura, consumindo muita energia e poluindo o ambiente—portanto, escolha com cautela. Os de tipo seco são seguros, limpos, resistentes a chamas, fáceis de manter e resistentes a curto-circuito, mas grandes e difíceis de instalar. Os isolados a gás usam gás não tóxico e não inflamável como meio, com uma estrutura similar aos tipos de imersão em óleo. Eles evitam as desvantagens acima, são fáceis de manter e valem a pena ser promovidos.

4.2 Proteção para Aletas de Resfriamento

Os gabinetes dos transformadores de parques eólicos têm três partes: radiador, tanque de óleo e câmara frontal, com o radiador necessitando de proteção chave. Como são frequentemente instalados em regiões selvagens costeiras ásperas, propensos a danos humanos, geralmente é colocada uma capa de placa de aço ao redor do radiador. Isso previne colisões e garante a dissipação de calor, portanto, o gabinete e a capa precisam de um design científico.

4.3 Design de Gabinete Dividido para Interruptores de Carga

Dado o ambiente e as condições de operação dos transformadores de parques eólicos, interruptores de carga e transformadores precisam de um design de gabinete dividido:

• Conecte a saída do transformador à linha principal; assegure a alta eficiência operacional dos interruptores de carga em transformadores combinados comuns.

• Arcos dos interruptores de carga internos durante a operação causam envelhecimento do óleo isolante e deposição de carbono, prejudicando a isolação. Assim, um tanque de óleo fixo, isolado do próprio tanque do transformador e projetado independentemente, pode garantir a operação estável.

5 Aplicação Prática do Projeto Ótimo

Otimizando parâmetros, variáveis e condições de operação através de um algoritmo de enxame de partículas atualizado, obtém-se o design ótimo do transformador. Comparado com esquemas comuns, ele reduz o uso de material e custos, e melhora a perda de carga, a corrente sem carga e o aumento de temperatura do enrolamento ao óleo. Embora o uso de material diminua, a perda de carga aumenta. Portanto, o design deve ser baseado na operação real, analisando o material, a perda e os custos de design para selecionar o melhor esquema.

6 Conclusão

Na construção e operação de parques eólicos, garanta a operação estável do sistema de energia selecionando transformadores cientificamente de acordo com as necessidades reais e os padrões, para maximizar seu papel. Devido ao seu design especial e condições de operação, projete cientificamente de acordo com os padrões nacionais, experiências e especificações; otimize processos, integre novos conceitos e compare esquemas para garantir que o final atenda aos requisitos.