Основные номинальные значения напряжения и импеданса для распределительного трансформатора солнечной электростанции

Выбор распределительного трансформатора для солнечных электростанций — это не просто сопоставление мощности трансформатора в кВА с мощностью инвертора в МВт. Коэффициент трансформации и полное сопротивление определяют поведение трансформатора при нормальной выдаче мощности, работе с реактивной мощностью, возмущениях сети, включении под напряжение и коротких замыканиях. Агрегат, который выглядит правильным на однолинейной схеме, всё же может вызвать неудовлетворительное регулирование напряжения, чрезмерный уровень токов короткого замыкания, ложные срабатывания защиты или перенапряжения изоляции, если эти параметры не согласованы с коллекторной системой и точкой присоединения к сети.

Для технической оценки начните с электрической системы вокруг трансформатора: выходное напряжение инвертора, напряжение коллекторных фидеров, напряжение присоединения к энергосистеме, способ заземления, длины кабелей, уровень токов короткого замыкания, концепция защиты и ожидаемый диапазон режимов работы. Трансформатор следует оценивать как часть этой системы, а не как изолированную единицу оборудования.

Номинальные напряжения должны соответствовать фактическому диапазону рабочих условий

Трансформатор солнечной электростанции обычно повышает выходное напряжение инвертора до уровня сети среднего напряжения, либо дополнительно повышает напряжение коллекторной сети для выдачи электроэнергии в сеть. Номинальный коэффициент трансформации должен соответствовать номинальным напряжениям системы, однако одних номинальных значений недостаточно. Трансформатор также должен поддерживать допустимое вторичное напряжение при изменении выработки, потребности в реактивной мощности, потерь в фидерах и напряжения сети.

Номинальное высокое напряжение следует выбирать для стороны коллекторной сети или энергосистемы, которую трансформатор обслуживает непосредственно. Номинальное низкое напряжение должно соответствовать конфигурации на стороне инверторов, включая случаи, когда несколько блоков инверторов соединены параллельно на шинах низкого напряжения перед преобразованием. Несоответствие не всегда очевидно: инвертор может допускать широкий диапазон напряжений, тогда как его способность выдавать полную активную и реактивную мощность изменяется вблизи границ этого диапазона.

При оценке следует различать номинальный коэффициент трансформации и требуемое напряжение на выводах трансформатора. Длинные участки коллекторной сети среднего напряжения создают падение напряжения при выдаче мощности. При низкой выработке обратный поток реактивной мощности или изменение напряжения со стороны сети могут изменить напряжение на выводах в противоположном направлении. Поэтому трансформатор с фиксированным коэффициентом, подходящий при пиковом уровне солнечной радиации, может быть менее пригоден в периоды регулирования напряжения при низкой выходной мощности.

Диапазон ответвлений — это решение по управлению системой

Ответвления для переключения без возбуждения часто достаточны там, где напряжение сети стабильно, а проект имеет узкий диапазон рабочих условий. Они позволяют установить коэффициент трансформации при вводе в эксплуатацию, но не регулировать его под напряжением. Это полезно, когда основная цель состоит в компенсации известной и предсказуемой разницы между проектным напряжением и фактическим напряжением на площадке.

Регулятор напряжения под нагрузкой может быть уместен, если трансформатор предназначен для активного участия в регулировании напряжения. Этот выбор необходимо согласовать с контроллером электростанции, возможностью инверторов по выдаче реактивной мощности, настройками защиты и принципами эксплуатации энергосистемы. Добавление регулируемых ответвлений без чёткой координации управления может привести к ненужным переключениям ответвлений или конфликтующим реакциям регулирования напряжения между инверторами и трансформаторным оборудованием.

Правильный вопрос заключается не в том: «Есть ли у этого трансформатора ответвления?» Следует спрашивать: «Какое устройство отвечает за регулирование напряжения в каждой точке электростанции и при каких режимах работы?»

Координация изоляции — это больше, чем номинальное значение кВ

Номинальное напряжение отражает лишь часть характеристик изоляции. Трансформатор, подключённый к воздушной коллекторной линии, кабельной сети или подстанции энергосистемы, может подвергаться различным переходным воздействиям. Воздействие молний, коммутационные процессы, ёмкость кабелей и схема размещения ограничителей перенапряжений влияют на нагрузку, воздействующую на выводы трансформатора.

При координации изоляции следует учитывать заданные уровни выдерживаемого напряжения трансформатора, уровень защиты ограничителя перенапряжений, длину соединения между ограничителем и трансформатором, кабельные оконцеватели и, где это актуально, высоту площадки над уровнем моря. Длинные соединения между ограничителем перенапряжений и трансформатором могут снизить фактическую защиту выводов трансформатора при переходных процессах с крутым фронтом. Это особенно актуально для открытых солнечных площадок, где оборудование распределено по большой территории.

Тип соединения также имеет значение. Обмотка, соединённая треугольником, может блокировать передачу токов нулевой последовательности между системами и обеспечивать путь для определённых гармонических составляющих. Обмотка, соединённая в звезду с заземлённой нейтралью, создаёт опорную точку нейтрали и поддерживает определённый подход к заземлению и защите. Ни одно из этих соединений не является универсально предпочтительным. Выбор должен соответствовать требованиям энергосистемы к заземлению, проекту коллекторной системы, конфигурации трансформаторов инверторов и исследованию релейной защиты при авариях.

Полное сопротивление трансформатора одновременно определяет несколько результатов

Процентное сопротивление — это внутреннее падение напряжения трансформатора при номинальном токе, выраженное в процентах от номинального напряжения. Его часто рассматривают как простое значение, связанное с током короткого замыкания, однако оно влияет на нормальное регулирование напряжения, аварийную нагрузку при коротком замыкании, параллельную работу трансформаторов и реакцию устройств защиты.

Более высокое сопротивление обычно ограничивает ток, доступный от трансформатора при коротком замыкании в нижестоящей сети. Это может снизить отключающую способность, требуемую от распределительного устройства, и помочь ограничить вклад в аварийный ток при высоких доступных уровнях короткого замыкания. Компромиссом является большее падение напряжения по мере роста тока нагрузки. На солнечном объекте это падение может снижать напряжение, доступное инверторам при высокой выдаче мощности или поддержке реактивной мощности, в зависимости от того, с какой стороны трансформатора подключён инвертор и как управляется электростанция.

Более низкое сопротивление уменьшает собственное падение напряжения трансформатора и может улучшить жёсткость напряжения на подключённой шине. Оно также допускает более высокий ток короткого замыкания. Это может потребовать оборудования с большей стойкостью к короткому замыканию и изменить запасы координации для фидерных реле, предохранителей и настроек выключателей.

Требуемое значение должно определяться расчётом потокораспределения и расчётом короткого замыкания с последующим анализом защиты. Выбор значения сопротивления только потому, что оно обычно для определённого диапазона кВА, является слабым основанием для солнечного проекта. Сопротивление коллекторных кабелей, мощность источника энергосистемы, поведение инверторов при коротком замыкании и параллельные пути через трансформаторы могут существенно изменить результат.

Не применяйте допущения для источников энергосистемы к аварийному току инверторов

Традиционные расчёты трансформаторов часто предполагают наличие мощного источника на основе вращающихся машин за трансформатором. Солнечные инверторы работают иначе. Их ток короткого замыкания регулируется электронным способом и обычно ограничивается системами управления инвертора и требованиями сетевого кода. Это не делает сопротивление трансформатора неважным; это означает, что расчёт короткого замыкания должен корректно моделировать фактический источник генерации.

Например, более низкое сопротивление трансформатора может не вызвать такого же увеличения тока короткого замыкания, как при наличии крупного традиционного генератора, однако оно всё равно может влиять на восстановление напряжения, чувствительность реле и вклад со стороны энергосистемы. Поэтому настройки защиты должны использовать данные производителя инвертора о токе короткого замыкания и реакции системы управления, а не типовые допущения об источнике.

Допуск сопротивления и параллельная работа требуют внимания

Когда несколько блочных трансформаторов работают на общей коллекторной шине либо когда трансформаторы могут включаться параллельно во время технического обслуживания и аварийных режимов, согласованность сопротивлений становится важной. Агрегаты со значительно различающимися значениями сопротивления не распределяют нагрузку равномерно. Трансформатор с меньшим сопротивлением имеет тенденцию нести больший ток, что может вызвать неравномерную нагрузку, даже если номинальные мощности схожи.

Коэффициент трансформации, положение ответвления, векторная группа, фазовый сдвиг и сопротивление должны быть совместимы для предполагаемой параллельной работы. Проект может не предусматривать регулярную параллельную работу агрегатов, но временные схемы переключений достаточно распространены, поэтому этот вопрос следует решить при электрическом проектировании, а не обнаружить во время работ при отключении.

Производственный допуск также важен. В спецификации закупки должно быть указано требуемое сопротивление при определённом номинальном режиме и установлен допустимый допуск. Это даёт проектной группе основу для проверки протоколов испытаний и подтверждения совместимости перед подачей напряжения.

Потери и превышение температуры влияют на решения по номинальной мощности

Солнечная генерация имеет переменный профиль нагрузки, однако трансформатор всё равно подвергается ежедневным тепловым циклам, повышенной температуре окружающей среды, солнечному излучению, воздействию пыли и ограниченному воздушному потоку во многих установках. Потери холостого хода присутствуют всякий раз, когда трансформатор находится под напряжением, включая периоды низкой выработки. Потери нагрузки возрастают с током и становятся особенно важными при длительной работе с высокой выходной мощностью либо при одновременном запросе реактивной мощности и выдаче активной мощности.

Не следует предполагать, что трансформатор большей мощности автоматически обеспечивает лучший эксплуатационный запас. Увеличение мощности может снизить нагрев, связанный с нагрузкой, но может повысить потери холостого хода и капитальные затраты. Более полезный подход — определить ожидаемую выдачу активной мощности, обязательства по реактивной мощности, условия окружающей среды, схему охлаждения, допустимый профиль перегрузки и требования к будущему расширению. Эти исходные данные определяют, являются ли предлагаемые номинальная мощность в кВА и оценка потерь подходящими.

Для специальных вспомогательных нагрузок, таких как аккумуляторные системы, водоочистка, приводы систем слежения или силовое электронное оборудование, требования к изоляции и форме сигнала могут потребовать отдельного трансформатора вместо использования основного блочного трансформатора солнечной электростанции. Если необходим специализированный агрегат для выпрямительной нагрузки, специальный изолирующий и выпрямительный трансформатор можно оценить по его заданной схеме напряжений, соединению обмоток, методу охлаждения и соответствию IEC 60076. Его не следует использовать вместо основного распределительного трансформатора солнечной электростанции, если его рабочий режим, конструкция изоляции, сопротивление и требования к подключению к сети не были спроектированы для такой функции.

Практическая проверка номинальных характеристик перед закупкой

Грамотная спецификация преобразует результаты системных расчётов в чёткие требования к трансформатору. Перед размещением заказа на закупку подтвердите следующие пункты:

• Номинальные первичное и вторичное напряжения, частоту, конфигурацию фаз и требуемый диапазон напряжения на выводах трансформатора.
• Тип ответвлений, диапазон ответвлений, положение ответвления и контроллер, имеющий полномочия по регулированию напряжения электростанции.
• Заданное сопротивление и допуск, проверенные по потокораспределению, аварийной нагрузке и чувствительности защиты.
• Векторную группу, схему нейтрали, метод заземления и поведение нулевой последовательности, требуемые коллекторной системой и энергосистемой.
• Уровни изоляции и схему защиты от перенапряжений, соответствующие фактической конфигурации линии, кабеля и подстанции.
• Номинальную мощность при предусмотренном режиме охлаждения с учётом условий окружающей среды и работы с реактивной мощностью в тепловой оценке.
• Требования к потерям холостого хода и потерям нагрузки, а также испытательную информацию, необходимую для их проверки.
• Наружный корпус, коррозионную среду, зазоры, ввод кабелей, интерфейсы мониторинга и доступ для обслуживания.

Jinshida Electric Power Technology Co., Ltd. поддерживает области применения в передаче и распределении электроэнергии посредством инженерных, производственных процессов и процессов контроля качества, ориентированных на стабильную работу в сетевых, промышленных, новых энергетических и инфраструктурных условиях. Для запроса по солнечному трансформатору наиболее полезным техническим пакетом является не просто запрос номинальных данных на табличке. Он включает однолинейную схему, данные инвертора, напряжение коллекторной сети, схему заземления, требования к сетевому интерфейсу, исходные данные для расчёта короткого замыкания и условия эксплуатации на площадке.

В каких случаях оценка обычно выполняется неверно

Одна из частых ошибок — задавать коэффициент трансформации по однолинейной схеме, игнорируя падение напряжения в коллекторной цепи. Другая — выбирать низкое сопротивление для улучшения регулирования, не проверяя нагрузку на распределительное устройство и координацию защиты. Встречается и противоположная ошибка: выбирают высокое сопротивление для ограничения аварийных токов, а затем обнаруживают, что падение напряжения ограничивает возможности инвертора по выдаче реактивной мощности в точке, где требуется поддержка.

Также рискованно рассматривать векторную группу как стандартный каталожный выбор. Соединение обмоток влияет на заземление, аварийные процессы, пути гармоник и взаимодействие солнечной электростанции с энергосистемой. Привычное соединение всё ещё может не подходить для схемы защиты или требований к присоединению.

Наилучший процесс подготовки спецификации начинается с модели сети, а не с каталога трансформаторов. После определения диапазона напряжений, аварийных процессов, заземления, защиты и тепловой нагрузки коэффициент трансформации и сопротивление могут быть выбраны для фактических условий эксплуатации электростанции, а не для типового применения трансформатора.