Lựa chọn Thiết kế Tối ưu và Các Yếu tố Cần Lưu ý đối với Biến áp Trạm Gió

1 Ý nghĩa của việc lựa chọn và thiết kế tối ưu biến áp tua-bin gió trong các trang trại gió

Khi hệ thống năng lượng gió được mở rộng, nhiều biến áp điện hơn được tích hợp, tăng tổng công suất thiết bị và tổn thất hoạt động. Biến áp, chủ yếu làm từ thép silic đắt tiền, cuộn dây đồng và lá nhôm, cũng rất khó để thiết kế. Do đó, cần thiết kế tối ưu và lựa chọn khoa học để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc gia và nhu cầu của người dùng.

Để đảm bảo hoạt động ổn định của biến áp, hãy nghiên cứu các điều kiện hoạt động, kịch bản sử dụng, quy trình thiết kế và nguyên tắc. Xây dựng mô hình thiết kế tối ưu, sử dụng phương pháp khoa học để phân tích và giải quyết vấn đề, và tạo ra thiết kế tiết kiệm chi phí.

Tóm lại, thiết kế tối ưu tăng cường sử dụng năng lượng gió, thúc đẩy năng lượng sạch, kiểm soát tổn thất lưới điện, cải thiện chất lượng sản phẩm và ổn định biến áp, thúc đẩy phát triển năng lượng gió. Trong quá trình thiết kế, hãy lựa chọn biến áp trang trại gió một cách khoa học. Với nghiên cứu sâu hơn, các chuyên gia tích hợp CNTT, tạo ra các phương pháp như thuật toán di truyền, đàn chim và mạng nơ-ron. Áp dụng những phương pháp này giúp thiết kế biến áp phù hợp hơn.

2 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của biến áp điện trang trại gió

Các biến áp điện trang trại gió hiện nay thường sử dụng cấu trúc kết hợp. Hình thức bên ngoài và hộp điều khiển điện áp cao-thấp được sắp xếp theo hình "đinh" hoặc "mạng", tùy thuộc vào địa điểm lắp đặt. Hộp điện áp thấp kết nối với các đầu ra của tua-bin gió.

Các đường dây truyền tải giữa tua-bin và biến áp có thể xảy ra ngắn mạch pha. Tua-bin có tự bảo vệ để bảo vệ biến áp. Lắp đặt công tắc dao ở phía bảo vệ biến áp. Các nhà thiết kế thêm giới hạn dòng điện và công tắc điều khiển tải ở phía điện áp cao. Do điện áp cao và dễ bị sét đánh từ phía lưới điện, hãy lắp đặt bảo vệ sét ở phía điện áp cao.

2.1 Đặc điểm hoạt động

Các máy phát điện có công suất nhỏ. Gió mạnh có thể vượt quá định mức của tua-bin, kích hoạt tự bảo vệ để hạn chế hoặc tạm dừng hoạt động. Sau đó, biến áp được kết nối chạy ở tải thấp, dẫn đến thời gian quá tải tổng thể ngắn.

Biến áp cần thiết kế cấu trúc chắc chắn. Các trang trại gió nằm ở các khu vực phức tạp như cao nguyên, Gobi hoặc ngoại vi. Điều này đòi hỏi thiết kế cấu trúc chuyên nghiệp và chức năng (xem Hình 1 về nguyên tắc thiết kế cấu trúc biến áp).

3 Yêu cầu kỹ thuật

• Sinh nhiệt thấp:Các trang trại gió chịu ảnh hưởng lớn của mùa, và biến áp có thời gian không tải dài. Vì vậy, trong quá trình thiết kế, giảm tổn thất không tải. Lựa chọn vị trí lắp đặt một cách khoa học để tản nhiệt hiệu quả, cho phép hoạt động tốc độ cao ngay cả khi có tải.

• Kháng thời tiết, chống ăn mòn và chống ăn mòn mạnh:Tại các khu vực ven biển có nhiều gió, khí hậu khắc nghiệt có thể gây hỏng biến áp. Không có thiết bị bảo vệ máy phát, sự tiếp xúc và ăn mòn có thể gây ra sự cố hoạt động.

• Nhẹ, gọn, chắc chắn và dễ lắp đặt/vận hành:Với không gian lắp đặt nhỏ và không đều, khi lựa chọn biến áp, hãy xem xét khoảng cách an toàn giữa các thiết bị, công suất đơn vị và trọng lượng. Thiết kế để kích thước nhỏ gọn, hình dạng và trọng lượng phù hợp. Các đơn vị tua-bin gió cần vận chuyển/đặt hàng dựa trên khoảng cách để tránh va chạm/rung lắc và tăng cường độ cơ học.

• Đặc điểm kỹ thuật của biến áp:Tại một số trang trại gió, các tua-bin gió phải đối mặt với thách thức về giao thông và môi trường tự nhiên, khiến việc bảo trì khó khăn và tốn kém. Việc đại tu quy mô lớn gây ra thời gian ngừng hoạt động kéo dài, ảnh hưởng đến hiệu quả. Do đó, hãy chọn biến áp kinh tế, đáng tin cậy, an toàn. Thiết kế từ nhiều góc độ: sử dụng cấu trúc bình chia để kết nối công tắc tải-biến áp. Bình phải đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia về kích thước, độ kín. Đối với cáp điện áp cao, tuân theo "một vào, một ra". Lắp đặt bộ tản nhiệt với thiết bị bảo vệ để ngăn va chạm và rò rỉ dầu. Cấu trúc bình biến áp được hiển thị trong Hình 2.

4 Lựa chọn và thiết kế tối ưu biến áp chính trong các trang trại gió
4.1 Phương pháp làm mát biến áp

Biến áp sử dụng các phương pháp làm mát khác nhau, chủ yếu là ngâm dầu, khô và cách điện bằng khí. Loại ngâm dầu nhỏ, chịu điện áp cao và tốt trong việc tản nhiệt nhưng có nguy cơ rò rỉ, tiêm hoặc cháy trong lỗi nhiệt độ cao, tiêu tốn nhiều năng lượng và ô nhiễm môi trường—vì vậy hãy lựa chọn cẩn thận. Loại khô an toàn, sạch, chống cháy, dễ bảo trì và chống ngắn mạch, nhưng lớn và khó lắp đặt. Loại cách điện bằng khí sử dụng khí không độc, không cháy làm môi trường, cấu trúc tương tự loại ngâm dầu. Chúng tránh được các nhược điểm trên, dễ bảo trì và đáng được khuyến khích.

4.2 Bảo vệ cánh tản nhiệt

Hộp biến áp trang trại gió có ba phần: tản nhiệt, bình dầu và buồng trước, với tản nhiệt cần bảo vệ quan trọng. Do chúng thường được lắp đặt ở vùng hoang dã ven biển khắc nghiệt, dễ bị hư hại do con người, thường đặt một tấm thép bao quanh tản nhiệt. Nó ngăn chặn va chạm và đảm bảo tản nhiệt, vì vậy hộp và tấm che cần thiết kế khoa học.

4.3 Thiết kế hộp chia cho công tắc tải

Do môi trường và điều kiện hoạt động của biến áp trang trại gió, công tắc tải và biến áp cần thiết kế hộp chia:

• Kết nối đầu ra của biến áp với đường chính; đảm bảo hiệu suất hoạt động cao của công tắc tải trong các biến áp kết hợp thông thường.

• Các hồ quang từ công tắc tải bên trong trong quá trình hoạt động gây lão hóa dầu cách điện và lắng cặn cacbon, làm hại cách điện. Do đó, một bình dầu cố định, tách biệt khỏi bình dầu của biến áp và được thiết kế độc lập, có thể đảm bảo hoạt động ổn định.

5 Ứng dụng thực tế của thiết kế tối ưu

Tối ưu hóa các tham số, biến và điều kiện hoạt động thông qua thuật toán đàn chim nâng cấp mang lại thiết kế biến áp tối ưu. So với các phương án thông thường, nó giảm lượng vật liệu sử dụng và chi phí, và cải thiện tổn thất tải, dòng không tải và tăng nhiệt độ từ cuộn dây đến dầu. Mặc dù lượng vật liệu giảm, tổn thất tải tăng. Do đó, thiết kế dựa trên hoạt động thực tế, phân tích vật liệu, tổn thất và chi phí thiết kế để lựa chọn phương án tốt nhất.

6 Kết luận

Trong quá trình xây dựng và vận hành trang trại gió, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện bằng cách lựa chọn biến áp một cách khoa học theo nhu cầu thực tế và tiêu chuẩn để tối đa hóa vai trò của chúng. Do thiết kế đặc biệt và điều kiện hoạt động, hãy thiết kế một cách khoa học theo tiêu chuẩn quốc gia, kinh nghiệm và cụ thể; tối ưu hóa quy trình, tích hợp các ý tưởng mới và so sánh các phương án để đảm bảo phương án cuối cùng đáp ứng yêu cầu.