Köztes földelési elrendezések és a földelő transzformátor méretezésének tervezési számításai nagy léptékű napnyomásos napelemparkokban

1 Népoltárami csatlakoztatási módszerek osztályzása napelemparkok esetén

A régiók közötti feszültség- és hálózati struktúra-különbségek miatt a villamos rendszerek népoltárami csatlakoztatási módjai főleg nem hatékonyan és hatékonyan körözöttnek oszthatók. A nem hatékonyan körözöttbe tartozik a szunyogtömbökkel végzett csatlakoztatás és a nem csatlakoztatott rendszerek, míg a hatékonyan körözöttbe a szilárd csatlakoztatás és a ellenállásokkal végzett csatlakoztatás. A népoltárami csatlakoztatási mód kiválasztása egy összetett kérdés, amely tartalmazza a relévédelmi érzékenység, a berendezések izolációs szintje, a befektetési költségek, a távfűtés folytonosságát, az üzemeltetés és karbantartás nehézségét, a hiba területét, valamint a rendszer stabilitásra gyakorolt hatást.

1.1 Nem hatékonyan körözött
1.1.1 Csatlakoztatás szunyogtömbökkel

Egy szunyogtömböt telepítenek a rendszer népoltárába. Hiba esetén az induktív áram kompenziálja a rendszer kapacitív áramát, és a csatlakoztatási pontbeli hibajárat a kompenzáció után megmaradt induktív áram. Egyfázisú talajkapcsolat hiba esetén a tömb kompenziálja a kapacitív áramot, hogy gyorsan megszűnjen a talajkapcsolat ívje, korlátozza a szakadó íveket és a túlfeszültséget. A rendszer egy ideig futtatható a hiba után, ami magas megbízhatóságú ellátási helyzetekhez illik.

Fő jellemzők:

• Védelem és működés: A kis talajkapcsolat áram miatt a szokásos null sorrendű áramvédelem érzékenysége alacsony, ezért összetett egyfázisú talajkapcsolat védelmet igényel. A tömbnek túlkompensációs módban kell működnie; az operátorok időben kell frissítsék a paramétereket a hálózat változásaihoz, ami bonyolítja a karbantartást.

• Konfiguráció: Kerülendő a több tömb koncentrált telepítése vagy egyetlen tömb beállítása, hogy elkerüljük a kompenzációs hibákat.

• Alkalmazhatóság és korlátozások: Jól illeszkedik a nagy egyfázisú talajkapcsolat kapacitív árammal rendelkező rendszerekre, csökkentve a berendezések hőmérsékleti hatásait és lehetővé téve a rövid távú folyamatos ellátást. Azonban a relévédél nem tud gyorsan leállítani a hibákat közepes-nagy méretű napelemparkokban. Ezért kevésbé használják a MW-szinten és feletti napelemparkokban, valamint a 10 kV/35 kV buszokon, ahol a korábbi szunyogtömb rendszereket átalakítják.

1.1.2 Nincs csatlakoztatva a népoltárhoz

A nem csatlakoztatott rendszerek (nem hatékonyan körözött) egyfázisú hiba esetén a vonalak/berendezések kapacitív csatolódásából származó hibajáratot mutatnak, nincs rövidzárlási hurok. Ez lehetővé teszi 1-2 órát a hibás működést alacsony áramok és fenntartott fáziskülönbséges feszültség miatt, de ki van téve az ív újragyúlásának túlfeszültségének, ami magas izolációt igényel. Alkalmazható kis kapacitív áramok esetén (pl. napeleminvertor AC oldal, nem kivitt neutralis alacsony feszültségű transzformátor).

1.2 Hatékonyan körözött
1.2.1 Szilárd csatlakoztatás a népoltárhoz

Magas hibajáratot, érzékeny védelmet, alacsony túlfeszültséget és enyhült izolációt biztosít, de a túlzott talajkapcsolat áramok miatt csökken a megbízhatóság, és súlyos kommunikációs zavarok léphetnek fel. Gyakori ≥50 MW napelemparkokban ≥110 kV magasfeszültségű transzformátorokban, ahol a neutralis izolációs kapcsolók/villámvedők rugalmasságot nyújtanak a csatlakoztatáshoz.

1.2.2 Ellenállásos csatlakoztatás a népoltárhoz

Aktív áramot > a kapacitív áramot behelyeznek a neutralis ellenállásokon keresztül, lehetővé téve a nagy érzékenységű null sorrendű védelmet a gyors hibaizolációhoz. Előnyei:

• Stabil paraméterek: Kezdeti működés során nincs szükség beállításokra.

• Izolációs gazdaságosság: Gyors hiba tisztaítás miatt alacsony izolációs követelmények.

• Alkalmazás: Hosszú kábeles rendszerek, nagy teljesítményű transzformátorok/motorok, és magas kapacitív árammal rendelkező napelemparkok.

• Feszültség hierarchiája:

• ≥220 kV: szilárd csatlakoztatás

• 66-110 kV: többség szilárd, kevés nem szilárd

• 6-35 kV: többség nem szilárd, kevés szilárd

2 Talajkapcsoló transzformátor kapacitásának kiszámítása

MW-szintű napelemparkok 10/35 kV buszai esetén (ellenállásos csatlakoztatás), ha a neutralis nem kivitt, dedikált talajkapcsoló transzformátorok szükségesek. Kiszámítási lépések:

• Elsődleges feszültség: Illessze a rendszer buszfeszültségéhez.

• Kapacitív áram: Összegezze a kábelek/felettirúd áramait, valamint a telephelyi berendezések hatását.

• Ellenállás értéke: Biztosítsa a gyors null sorrendű védelmi aktiválást.

• Transzformátor kapacitása: Vegye figyelembe a talajkapcsoló ellenállás értékét; vegye bele a másodlagos terheléseket, ha állományenergiát szolgáltat.

3 Talajkapcsoló transzformátor kapacitásának kiszámítása példával
3.1 Projekt áttekintése
Egy 50 MW-os központosított napelempark fix montázssal 1340 m magasságban (éves átlag 3°C), ahol nincs szükség derating a magasság vagy a páratartalom miatt. 50×1 MW alrendszerből áll, a DC-t invertálják és helyben 35 kV-ra emelik. Tíz alrendszerből áll a gyűjtővonal, amely a 35 kV egybuszos rendszerbe csatlakozik, majd 110 kV-ra (szilárdan körözött neutralis). A 35 kV emelőállomány tartalmaz alacsony feszültségű főtranszformátort, 5 napelempark gyűjtővonallal, talajkapcsoló transzformátort, állományenergia-transzformátort, reaktív kiegyensúlyozást és PT áramköröket, ellenállásos csatlakoztatással a neutralisnél.

3.2 Talajkapcsoló transzformátor kapacitásának kiszámítása
3.2.1 Csatlakoztatási mód

A talajkapcsoló transzformátor elsődleges előírt feszültsége illeszkedik a 35 kV rendszer feszültségéhez. A 35 kV gyűjtővonallak főleg közvetlenül temetett kábelek (összesen 34 km), 2 km felettirúd.

• 35 kV felettirúd gyűjtővonallak egyfázisú talajkapcsolat kapacitív áram:Ic1=3.3×U_L×L×10−3=0.231A

• 35 kV kábel gyűjtővonallak egyfázisú talajkapcsolat kapacitív áram:Ic2=0.1×U_L×L=119A

( U_L): hálózat fázis-fázis feszültsége (kV); L: vonal hossza (km))

A 35 kV telephely kapacitív áramának 13%-os növekedése miatt a napelempark számított egyfázisú talajkapcsolat kapacitív árama meghaladja 10 A. Így a 35 kV busz neutralis pontja ellenállásos csatlakoztatást használ.

3.2.2 Talajkapcsoló transzformátor kapacitása

A talajkapcsoló ellenállás esetén az elsődleges feszültség U_R≥21.21kV. Egyfázisú hiba esetén a talajhiba áramát 150-500 A-ra állítják, így I_R=400A, és R=50.5Ω, P_R≥U_R×I_R. Alacsony ellenállásos csatlakoztatású rendszerekben a talajkapcsoló transzformátor kapacitása a hiba áram 1/10 része. Mivel külön állományenergia-transzformátor létezik, a másodlagos terheléseket figyelmen kívül hagyjuk. Technikai-gazdasági tényezők, időjárási feltételek és a magasság figyelembevételével a kapacitást 1000 kVA-ra állítják.

4.Összefoglalás

A napenergia és más megújuló energiák fejlődése megfelel a világ országainak ipari fejlesztési politikáinak. A neutralis csatlakoztatási mód hatással van a villamos rendszer tervezésére és működésére. A rendszer neutralis csatlakoztatási módjának kiválasztásakor a rendszer ellátási megbízhatóságára, a berendezések izolációs szintjére, valamint a relévédelem implementálásának nehézségére kell összehangoltan gondolkoznunk.