Ветроэнергетические системы используют эффективную электрическую инфраструктуру для надежного преобразования и передачи энергии. Одним из важнейших компонентов этих систем являются трансформаторы, которые повышают или понижают напряжение для оптимальной передачи. В то время как трансформаторы сухого типа часто используются в ветроэнергетике, трансформаторы с жидкостным погружением обладают неоспоримыми преимуществами, которые делают их подходящими для определенных установок.
Роль трансформаторов в системах ветроэнергетики
Трансформаторы необходимы в системах ветроэнергетики для обеспечения эффективного преобразования напряжения. Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию при относительно низком напряжении, обычно в диапазоне от 600 до 1000 В. Для эффективной передачи на большие расстояния это напряжение необходимо повысить до среднего или высокого уровня (например, 34,5 кВ или выше). Трансформаторы с жидкостным погружением часто используются в различных точках инфраструктуры ветроэлектростанций, в том числе рядом с самой турбиной или на централизованных подстанциях.
Зачем использовать трансформаторы с жидкостным охлаждением в ветроэнергетике? Трансформаторы с жидкостным охлаждением обладают рядом преимуществ, которые делают их пригодными для использования в ветроэнергетике:
Более высокая эффективность – благодаря жидкой охлаждающей среде эти трансформаторы обладают превосходным тепловыделением, снижая потери в сердечнике и обмотках.
Большая мощность – они могут выдерживать более высокие энергетические нагрузки по сравнению с сухими трансформаторами, что делает их идеальными для крупномасштабных ветроэлектростанций.
Долговечность и надежность – Жидкая среда защищает внутренние компоненты от перегрева и воздействия окружающей среды, что увеличивает срок эксплуатации.
Улучшенные тепловые характеристики – Охлаждающие свойства жидкой изоляции обеспечивают лучшую производительность в условиях высоких нагрузок, снижая тепловое напряжение.
Компактная конструкция – трансформаторы с жидкостным погружением занимают меньше места по сравнению с их аналогами сухого типа при той же номинальной мощности, что делает их подходящими для ветряных электростанций высокой плотности.
Типы трансформаторов с жидкостным охлаждением, используемых в ветроэнергетике
В зависимости от их роли в системе ветроэнергетики используются различные типы трансформаторов с жидкостным охлаждением:
Трансформаторы с настенным креплением - установленные рядом с ветряными турбинами, эти трансформаторы повышают выходное напряжение генератора до среднего напряжения для систем сбора энергии.
Трансформаторы подстанций – Расположенные на подстанциях ветроэлектростанций, эти устройства повышают среднее напряжение до высокого (например, 132 кВ или выше) для передачи по сети.
Коллекторные трансформаторы – используются на крупных ветряных электростанциях для объединения мощности от нескольких турбин перед окончательным преобразованием напряжения.
Изоляционные жидкости для ветроэнергетических трансформаторов
Выбор изоляционной жидкости имеет решающее значение для эффективности и экологичности погружаемых в жидкость трансформаторов в системах ветроэнергетики. К числу распространенных изоляционных жидкостей относятся:
Минеральное масло – наиболее широко используемое из-за его экономичности и надежности.
Натуральные эфиры (биоразлагаемые жидкости) – экологически чистые компоненты с повышенной огнестойкостью и способностью к биологическому разложению, идеально подходящие для мест, чувствительных к воздействию окружающей среды.
Силиконовое масло – обладает превосходной термостойкостью и огнестойкостью, подходит для морских работ и работ в зонах повышенного риска.
Основные характеристики трансформаторов для использования в ветроэнергетике
При проектировании трансформатора для ветряных турбин необходимо учитывать несколько критических факторов, чтобы обеспечить оптимальную производительность и долговечность.
1. Гармоники и скачки напряжения
Трансформаторы, питающие усилительные устройства ветряных турбин (WTGSU), должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать гармонические искажения и скачки напряжения, создаваемые системой. Если их должным образом не учесть на этапе проектирования, эти электрические помехи могут привести к чрезмерной нагрузке на систему изоляции, ускоряя ее разрушение.
2. Циклы переменной нагрузки
В отличие от обычных распределительных трансформаторов, трансформаторы WTGSU испытывают значительные колебания нагрузки. Их циклы нагрузки могут меняться несколько раз в день в зависимости от скорости ветра и работы турбины. Как активные компоненты, так и система охлаждения должны быть спроектированы таким образом, чтобы эффективно учитывать эти колебания.
3. Правильный выбор размера
Трансформатор должен быть соответствующего размера, чтобы соответствовать специфическим требованиям ветроэнергетики и быть способным справляться с непредсказуемым характером ветроэнергетики.
4. Переходные перенапряжения
В случае повреждения кабеля, такого как однопроводное замыкание на землю или двухпроводное замыкание на землю, трансформатор должен быть способен выдерживать возникающее в результате этого перенапряжение. Несоблюдение этого требования может привести к чрезмерной нагрузке на систему изоляции, что потенциально может снизить надежность трансформатора.
5. Частые переключения
Из-за особенностей ветроэнергетики трансформаторы в этих системах должны выдерживать частые переключения. Это происходит при включении и выключении турбины в ответ на изменения скорости ветра, что приводит к кратковременным перенапряжениям. Для защиты обмоток от этих напряжений требуются специальные конструктивные решения.
6. Пожарная безопасность и охрана окружающей среды
Для повышения пожарной безопасности и минимизации экологических рисков масляные трансформаторы могут быть заполнены синтетическими или биоразлагаемыми эфирными жидкостями. В качестве альтернативы, трансформаторы из литой смолы сухого типа могут быть использованы в качестве более безопасного варианта для установок, требующих дополнительной противопожарной защиты.
Применение трансформатора с жидкостным погружением
Для использования в ветроэнергетике распределительные трансформаторы с жидкостным погружением могут быть размещены в трех ключевых местах на ветроэлектростанции: на трансформаторной подстанции рядом с ветряными турбинами, внутри башни ветряной турбины или даже непосредственно в гондоле турбины.
Вывод
Трансформаторы с жидкостным охлаждением играют жизненно важную роль в современных ветроэнергетических системах, обеспечивая эффективное преобразование напряжения и надежную передачу электроэнергии. Их превосходные охлаждающие возможности, более высокий КПД и способность выдерживать большие энергетические нагрузки делают их отличным выбором как для наземных, так и для морских ветроэлектростанций. Выбирая правильный тип трансформатора и изоляционную жидкость, операторы ветроэнергетики могут повысить производительность, устойчивость и долговечность, внося свой вклад в создание более эффективной инфраструктуры возобновляемых источников энергии.
