Wpływ prądu stałego w transformatorach stacji energii odnawialnej w pobliżu elektrod ziemnych UHVDC
Gdy elektroda ziemna systemu przesyłowego ultra-wysokiego napięcia prądu stałego (UHVDC) znajduje się w pobliżu stacji energetycznej opartej na źródłach odnawialnych, prąd powrotowy płynący przez ziemię może spowodować wzrost potencjału gruntu w okolicy elektrody. Ten wzrost potencjału gruntu prowadzi do zmiany potencjału punktu neutralnego pobliskich transformatorów, indukując prąd stały (lub przesunięcie prądu stałego) w ich rdzeniach. Taki prąd stały może obniżyć wydajność transformatorów i, w skrajnych przypadkach, powodować uszkodzenia sprzętu. Dlatego skuteczne środki zaradcze są niezbędne.
Poniżej przedstawiono szczegółową analizę tego problemu:
1. Czynniki wpływające
Ciężar prądu stałego zależy od wielu czynników, w tym:
- Prąd pracy systemu UHVDC;
- Lokalizacja i projekt elektrody ziemnej;
- Przestrzenne rozłożenie oporu gruntu;
- Konfiguracja połączeń zwinięć i cechy konstrukcyjne transformatora.
2. Konsekwencje prądu stałego
Prąd stały w transformatorach może prowadzić do:
- Zwiększonego hałasu akustycznego i drgań mechanicznych;
- Zwiększonego podgrzewania się ze względu na dodatkowe straty w rdzeniu;
- Przyspieszonego starzenia się izolacji zwinięć pod wpływem długotrwałego narażenia.
- Te efekty kompromitują bezpieczne i niezawodne działanie transformatorów i skracają ich żywotność.
3. Środki zaradcze
Aby ograniczyć prąd stały, można zastosować kilka technicznych strategii:
- Dynamiczne przełączanie trybu uziemienia punktu neutralnego stacji energetycznej (np. między uziemieniem solidnym a uziemieniem o wysokim oporze);
- Optymalizacja projektu siatki uziemienia, aby zrównoważyć rozkład potencjałów między stacją energetyczną a pobliskimi podstacjami;
- Instalacja urządzeń blokujących prąd stały (np. urządzenia blokujące prąd stały typu kondensacyjnego lub aktywnego) w punktach neutralnych transformatorów, aby blokować prądy stałe indukowane geomagnetycznie lub boczne.
Podsumowanie
Wpływ prądu stałego na transformatory w stacjach energetycznych opartych na źródłach odnawialnych w pobliżu elektrod ziemnych UHVDC jest złożonym problemem geoelektrycznym i systemu energetycznym, który wymaga kompleksowego podejścia. Zaleca się wprowadzenie ciągłego monitoringu poziomów prądu stałego w dotkniętych transformatorach, przeprowadzanie regularnych ocen ryzyka oraz proaktywne wdrażanie środków zaradczych. To zapewnia bezpieczne, stabilne i długoterminowe działanie obiektów energetycznych w regionach wpływanych przez systemy UHVDC.