Jūros vėjo energijos transformatoriaus techniniai reikalavimai: druskos purškimas, platformos svoris ir keitiklio harmonikos

Vienas platformos rangovas kartą išsiuntė mums 132 kV eksporto įrenginio technines sąlygas, kuriose buvo devyniasdešimt puslapių elektrinių reikalavimų ir viena eilutė apie vežimą: maksimalus pakėlimo svoris – 240 tonų. Mūsų pirmoji konstrukcija su aliejumi užpildyta sverdavo 262 tonas. Mes perstatėme baką, padalijome išplėtimosi indą ir išsiuntėme įrenginį, kurio svoris buvo 238 tonos. Elektrinės techninės sąlygos nepasikeitė. Skaičius, nulėmęs konstrukcijos sprendimą, buvo kranų pakėlimo riba.

Jūros vėjo energijos projektai nuolat nustato naujus rekordus, kurių sausumos energetikos įsigijimų komandos dar nepradėjo laikytis. 2025 metais visame pasaulyje į tinklą buvo prijungta 9,3 GW naujos jūros vėjo energijos galios , todėl bendra pasaulinė galia pasiekė 92,5 GW , o vidutinė įrengtos vėjo jėgainės galia pirmą kartą viršijo 10 MW, kaip nurodo GWEC 2026 metų pranešimas apie pasaulinę jūros vėjo energiją . Kiekvienas megavatas tame skaičiuje praeina per bent du transformatorius: pakėlimo vienetą prie vėjo jėgainės arba masyvo aikštelės ir eksporto transformatorių kuris padidina kolekcijos įtampą iki 132 kV arba 220 kV požeminiam kabeliui.

Dauguma šiandien užsakomų eksporto vienetų nurodoma kaip sausumos elektros transformatorius su stipresne dažymo sistema. Būtent čia projektai patiria nuostolių. Trys apribojimai atskiria jūrinį vėjo energijos transformatorių nuo bet kurio įrenginio, esančio aptvertame sausumos kieme: druska, svoris ir galios elektronikos harmoninis signalas.

 

 

Kolektorinė ir eksporto funkcijos – tai ne tas pats darbas

 

Kolektorinis transformatorius veikia 33 kV arba 66 kV įtampoje ir priima aštuonių iki penkiolikos vėjo jėgainių bendrą išvestį. Šis eksporto transformatorių žingsniai, kuriuos atlikus įtampa pakeliama iki perdavimo lygio – paprastai 132 kV, 220 kV arba 275 kV – ir visą vėjo elektrinę perduoda per vieną įrenginį. 1 GW projekte tai dažniausiai reiškia du ar tris 300 MVA klasės vienetus, veikiančius lygiagrečiai, arba vieną 400 MVA vienetą su atsarginiu vienetu, kurio įsigijimą dauguma savininkų nepagrindžia.

Eksploatacijos režimas keičia konstrukciją. Žemėje įrengto generatoriaus įtampą keliantis vienetas šiluminėje elektrinėje dešimtmečius veikia pastoviu 85–95 % apkrovos režimu. Jūroje įrengto vieneto apkrova kinta kartu su vėjo stiprumu: vidutiniškai 40 %, ilgais laikotarpiais – 20 %, o kai pučia vėjas ir yra prieinama eksporto kabelio linija, – savaitėmis – 100 %. Tokia amplitudės šiluminė ciklinė apkrova veikia izoliaciją ir tvirtinimo konstrukciją taip, kaip to niekada nepatiria bazinės apkrovos vienetas. būtent todėl apvijų spaustuvų slėgis ir šerdies varžtų sukimo momentas nustatomi cikliniam, o ne nuolatiniam veikimo režimui.

Impedansas yra tyla sprendimo priėmimo dalis. 12,5 % impedanso reikšmė 180 MVA, 220/66 kV transformatoriui riboja avarinę srovę platformos jungiklių įrenginyje, tačiau ji taip pat padidina įtampą po apkrovos ir suvartoja reaktyviąją galią, kurios platforma negali pakankamai kompensuoti. Todėl impedanso reikšmė turi būti sutarta su kabelių ir jungiklių įrenginių inžinieriais dar prieš užbaigiant transformatoriaus projektavimą. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad IEC/IEEE 60076-16 apima transformatorius vėjo jėgainių taikymui iki 72,5 kV; eksporto vienetas paprastai nepatenka į šio standarto taikymo sritį ir nurodomas pagal IEC 60076-1 su projekto papildymu.

Druskos purškimas: korozijos apsauga yra techninė specifikacija, o ne dažymo spalva

 

Jūros aplinka klasifikuojama kaip C5-M arba CX pagal ISO 12944 standartą. Ši klasifikacija nėra tik dekoratyvi: ji nustato minimalų sauso dėžės storį, dengimo sistemą ir bandymo trukmę — dažniausiai 1440 valandų neutralaus druskos purškimo bandymas C5-M klasifikacijai ir žymiai ilgesnis bandymas CX klasifikacijai. Talpa, nudažyta pagal sausumos C3 sistemą, per du ar tris metus šiaurės jūros platformoje parodys pūslėjimą siūlių kraštuose.

Veiksminga C5-M sistema yra cinko turintis gruntas apie 80 µm storio, epoksidinis tarpinis sluoksnis 120 µm storio ir poliuretaninis viršutinis sluoksnis 60 µm storio — iš viso apie 260 µm. CX sistemai tas pats sluoksnių paketas padidinamas iki 320 µm ar daugiau, o kiekvienoje siūlėje, varžte ir krašte taikomi juostiniai sluoksniai, nes tai yra vietos, kur korozijos apsauga storis pirmiausia sumažėja.

Dažymas – pusė darbo. Karštojo šiluminio cinkavimo arba 316 tipo nerūdijančiojo plieno įranga, izoliaciniai žiedai tarp nerūdijančiųjų plieno tvirtinamųjų detalių ir aliuminio aušintuvų, kvėpavimo įtaisas, neleidžiantis druskingam orui patekti į išplėtimo baką, bei IP66 apsaugos klasės skydeliai stebėjimo įrangai turi būti nurodyti tame pačiame punkte. Mūsų gamykloje ginčai su platformos rangovais beveik visada kyla ne dėl vyniojimų, o dėl to, ar pavadinimo lentelės laikiklis, įžeminimo iškilminiai elementai ir laidų įvedimo plokštė buvo įtraukti į dažymo grafiką.

Svoris ir platformos sąsaja

 

Platformos denio svorio riba nustatoma viršutinės konstrukcijos ir montavimo laivo krano galia. Transformatorius dažniausiai yra sunkiausias vienas objektas toje denio dalyje, ir kiekvienas kilogramas virš kėlimo ribos turi būti pašalintas iš projektavimo – su krano operatoriumi to negalima derėtis. 1 lentelėje pateikta realistiška 180 MVA, 220/66 kV eksporto transformatoriaus masės skaidra. Skaičiai yra tipiški, o ne universaliai taikomi, tačiau jų santykiai išlaikomi.

Komponentas	Tipiška masė (t)
Šerdies ir vyniojimų	104
Bakas, dangtis ir standžinimo elementai	42
Izoliacinė alyva	58
Radiatoriai ir aušinimo ventiliatoriai	12
Įvorės ir priedai	6
Pagrindo rėmas ir pakėlimo padėklai	4
Viso, užpildyta alyva	226

Iš tos lentelės išplaukia du sprendimai. Pirma, ar įrenginys vežamas užpildytas alyva arba be alyvos (alyva vežama bumbulais). Alyvos nuleidimas sumažina pakėlimo svorį 50–60 tonų, kas gali būti skirtumas tarp standartinio ir sunkiojo pakėlimo krautuvo; už tai reikia azoto užpildymo, vežimo sustiprinimo ir ilgesnio įrenginio paleidimo proceso platformoje. Antra, kur yra masės centras. Masės centro žymėjimas, pakėlimo žiedų vietos ir pakėlimo padėklai yra sąsajos duomenys, kuriuos konstrukcijų inžinierius turi gauti piešinių peržiūros metu, o ne vežant.

 

 

Vežimo apkrovos – tai atskiras projektavimo atvejis. Projektų specifikacijose dažnai nurodoma 3 g vertikalioji ir 2 g išilginė pagreitinimo apkrova jūros vežimo metu, kuris yra griežtesnis už seismines apkrovos atvejį daugumoje Europos vietų. Reikia patikrinti šerdies tvirtinimą, apvijų tvirtinimą ir vidinę baklo atramą, o ši patikra turi būti įtraukta į projektavimo ataskaitą, o ne į pristatymo užrašus.

Keitiklio harmonikos ir šiluminė atsarga

 

Šiuolaikinėje jūros vėjo elektrinėje eksporto transformatorius retai ilgą laiką veikia su švaria sinusine bangos forma. HDVC ryšiai, STATCOM įrenginiai ir vėjo jėgainių keitikliai įveda harmonikas, kurios kaitina apvijas dėl sūkurinių nuostolių, o spektras keičiasi priklausomai nuo tinklo konfigūracijos. IEEE C57.110 nustato harmonikų nuostolių koeficiento skaičiavimą; praktinis rezultatas yra arba galios sumažinimas, arba aušinimo klasės pagerinimas.

Štai ta dalis, kurią dažniausiai praleidžia dauguma pirkėjų. Aušinimo klasė nėra fiksuota žymė. ONAN/ONAF vienetas, kuris su įjungtais ventiliatoriais gali perduoti 180 MVA, be ventiliatorių gali perduoti tik 130 MVA. Jei platforma reikalauja N+1 ventiliatorių atsarginumo, transformatorius turi parodyti savo naudingąją galios apkrovą, kai viena aušinimo grupė neveikia — o šis reikalavimas keičia radiatorių plotą, bako matmenis ir, galiausiai, svorį, kurį turi pakelti krautuvas. Aušinimas, svoris ir naudingoji galios apkrova yra viena problema, o ne trys atskiri klausimai.

Temperatūros kilimo dydis yra parametras, kurio reikia reikalauti iš tiekėjo. 65 K kilimas esant 40 °C aplinkos temperatūrai atrodo labai palankus, kol vienetas neįmontuojamas garso izoliacinėje dėžėje, kur vietinė oro temperatūra pasiekia 50 °C. Jūrų vienetams dažnai reikia 60 K projektavimo sprendimo arba aiškaus aplinkos temperatūros koregavimo garantijoje, nes skirtumas tarp 60 K ir 65 K sudaro maždaug aštuonis procentus nuolatinės galios apkrovos. Keitiklio harmonikos padarykite šį rezervą svarbesnį, o ne mažesnį: harmonikų nuostoliai susikaupia tame pačiame karščio taške, prieš kurį parašyta garantija.

Gamintojo atliekami bandymai, kurie iš tikrųjų prognozuoja jūros sąlygose tarnavimą

 

Įprastinis bandymų sertifikatas patvirtina, kad įrenginys atitinka savo projektą. Jis neįrodo, kad įrenginys išsilaikys dvidešimt penkerius metus veikdamas druskingose ir temperatūros cikluose vykstančiose sąlygose. Jūros vėjo transformatoriui gamintojo priėmimo bandymas turėtų apimti žemiau nurodytus punktus, kuriuos stebi užsakovo inžinierius arba trečioji šalis, pvz., DNV ar Bureau Veritas.

• Santykis ir poliarumas kiekviename įtampų reguliavimo laipsnyje, taip pat apvijų varža kiekvienoje fazėje

• Impedansas ir apkrovos nuostoliai 100 % ir 50 % nominaliosios srovės reikšmėmis, taip pat tuščiosios eigos nuostoliai ir srovė

• Temperatūros kilimas 100 % ir 110 % nominaliosios galios reikšmėmis, įskaitant apvijų temperatūros gradientą

• Dalinis išlydis 1,3 Um/√3 įtampoje, o naudojant alyvą izoliuotiems įrenginiams – riba 100 pC

• Peržengimo įtampa aukštosios įtampos apvijoje, taip pat bakelo vakuumo ir slėgio bandymas

• Garsos lygis 1 m atstumu, paprastai 75–80 dB(A) šiuo galios režimu

• Alyvos dielektrinė stiprybė, taip pat DGA (dujų chromatografinė analizė) mėginiai po temperatūros kilimo bandymo

Dvi iš jų nusipelno daugiau dėmesio, nei paprastai gauna. Dalinis išlydis yra geriausias vienas rodiklis izoliacijos defektams, kurie pasireiškia po metų ciklinės eksploatacijos. Dujų analizė (DGA) po temperatūros pakilimo — ne prieš tai — aptinka vietinį perkaitymą, kurio termoparos niekada nepastebėjo. abu šiuos bandymus atliekame kiekviename eksporto klasės įrenginyje ir matuotus rezultatus įrašome į ataskaitą vietoj paprasto „praeita“ žymėjimo.

Ką įtraukti į jūrinio vėjo transformatoriaus techninę specifikaciją

 

Jei rašote techninę specifikaciją jūrinį vėjo energijos transformatorių , šios penkios nuostatos atlieka daugiau darbo nei kitas puslapio apimties bendrų reikalavimų sąrašas.

• Transporto svorio riba ir krautuvo pakėlimo spindulys, nurodyti kaip tikslūs skaičiai su apibrėžta alyvos būkle.

• Dangos sistema pagal ISO 12944 kategoriją, su visu dengiamojo sluoksnio storiu (DFT), juostos dangos reikalavimu ir druskos purškimo trukme.

• Aušinimo atsarginės galios nurodymas kaip naudingoji galia, kai viena aušinimo grupė neveikia, esant realiai platformos aplinkos temperatūrai.

• Harmonikų spektras nuo keitiklio ir HVDC tiekėjo, su privalomu nuostolių koeficiento skaičiavimu pasiūlyme.

• FAT liudytojo teisės, PD riba ir DGA atrankos taškas po temperatūros kilimo bandymo.

Kaip įmontuoti Ryan Electric

 

Nuo 2007 m. Šandžyje mes gaminame alyva panardintus ir sausus transformatorius 120 000 m² plote, kurioje įrengta daugiau kaip 180 gamybos ir bandymo įrangos rinkinių bei turime 37 patentus, apimančius vijų ir aušinimo konstrukcijas. Nuo 2023 m. veikiame kaip oficialus Eaton bendradarbiavimo partneris, todėl mūsų dokumentacija ir procesų valdymas patenka į partnerių auditų, o ne klientų auditų sistemą.

Pakrantės ir jūrų projektams danga taikoma vidinėje gamykloje, todėl C5-M sistema ir juostelinės dangos lieka mūsų kontroliuojamos, o kiekvienas eksporto klasės agregatas prieš išvykdamas iš montavimo zonos praeina dalinės iškrovos matavimus ir po temperatūros kilimo DGA tyrimus. Mūsų inžinieriai peržiūrės platformos sąsajos brėžinių rinkinį kartu su jūsų konstrukcinėmis ir laidų komandomis dar prieš užbaigiant rezervuarų projektavimą. Kuo anksčiau vyksta ši diskusija, tuo mažesnės yra svorio taupymo sąnaudos.

Jei nurodote jūrinį vėjo energijos transformatorių arba jūros pakrantės eksporto vienetui, nusiųskite įvertinimą, platformos svorio ribą, aplinkos temperatūrą ir harmonikų spektrą. Mes grąžinsime svorio skirstymą, dengimo grafiką ir bandymų planą – tris dokumentus, kurie nusprendžia, ar vienetas tinka platformai, dar prieš kyla kokių nors kainos aptarimų. Susisiekite su komanda per ryan-transformers.com arba el. paštu [email protected].

Apie autorių: Šį straipsnį parašė transformatorių inžinerijos komanda „Ryan Electric“ („Jiangsu Ryan Transformers“), „Eaton“ bendradarbiavimo partneris bei UL/CSA sertifikuotas naftos panardinamųjų, sausųjų ir žemėje montuojamų transformatorių gamintojas, aptarnaujantis komunalines, atsinaujinančios energijos ir pramonines projektus Šiaurės Amerikoje, Europoje, Artimuosiuose Rytuose ir Pietryčių Azijoje.