Mga Transformador ng Geothermal Power Plant: Pagtukoy para sa Corrosion na Dulot ng H2S, Patuloy na Karga, at Malalayong Lokasyon

Isang operator ng geothermal sa Rift Valley ang nagpadala sa amin ng isang 12 MVA step-up unit para sa inspeksyon pagkatapos ng labing-walo (18) buwan ng paggamit. Wala kahit anumang electrical failure. Ang nasira ay ang pintura: ang coating ng tangke ay pumutok hanggang sa magkabare na bakal sa bahagi ng radiator bank, ang mga copper bushing studs ay naging berde-itim, at ang silica gel sa breather ay naging madilim sa loob lamang ng ilang linggo mula nang i-commission. Ang salot ay ang hydrogen sulfide—ang parehong gas na nagbibigay halaga sa isang geothermal field para i-drill ay sumisira rin sa lahat ng bagay na nakakabit dito.

Ang yunit ay tama ang rating. Hindi tama ang specification nito. Ang pagkakaiba ng dalawang ito ang nagdedesisyon kung ang isang transformer ng geothermal power plant ay magbibigay sa iyo ng dalawampu't limang taon ng serbisyo na baseload o aalisin sa unang malaking outage.

 

 

Bakit Mas Mahirap ang Gawain ng Geothermal Kaysa sa Solar o Wind

Inilalarawan ng U.S. Department of Energy ang geothermal bilang baseload power na may factor ng Kapasidad kabuuang availability na humigit-kumulang sa 90%, ibig sabihin, tumatakbo ang geothermal plant sa maximum output nito halos nang patuloy habang binabalanseng ang mga intermittent resource tulad ng wind at solar. Ang solong numerong ito ang nagbabago sa transformer duty. Maaari mong basahin ang buong paglalarawan sa DOE Office of Geothermal site .

Hindi lumaluma ang isang transformer dahil sa peak load. Lumaluma ito dahil sa tagal ng pananatili sa mataas na temperatura. Ang isang yunit sa solar farm ay mabigat ang gamit sa hapon at may mahabang, malamig na gabi para makabawi. Ang isang geothermal unit ay hindi kailanman nakakakuha ng ganitong panahon ng pagbawi. Nakatayo ito malapit sa rated load sa gabi, sa mga weekend, at sa buong operasyon ng planta.

Ang talahanayan sa ibaba ay nagpapakita kung bakit ang parehong rating sa kVA ay nangangahulugan ng tatlong magkakaibang teknikal na paglalarawan:

Uri ng Halaman	Factor ng Kapasidad	Pamimili ng beban ng transformer	Dominanteng Stress
Solar pv	20% - 25%	Pataas na pagtaas araw-araw, walang ginagawa sa gabi	Pagbabago ng temperatura, mga harmonic mula sa mga inverter
Hangin	30% – 45%	Paminsan-minsan, lubhang baryable	Pag-uulit ng siklo, mga harmonic na nabubuo mula sa beban
Geothermal	halos 90%	Malapit sa pinakamataas na beban, buong araw at buong linggo	Patuloy na mainit na punto sa winding, pagsisira dahil sa H2S, mahirap abutin ang lokasyon

 

H2S: Ang Paraan ng Pagkabigo na Biyad-biyad lamang nakalista sa teknikal na dokumento

Ang hydrogen sulfide ay lumalabas sa geothermal steam at brine sa mga konsentrasyon mula sa ilang bahagi bawat milyon hanggang sa ilang daan. Hindi ito panganib sa apoy sa mga antas na iyon, kaya nga ito ang dahilan kung bakit ito binabale-wala sa pagbili. Ano nga ba ito? Isang magnanakaw ng metal. Corrosion dahil sa H2S sumusugod sa tanso at pilak nang una, gumagawa ng mga sulfide film na nagpapataas ng contact resistance sa bawat bolted at plated joint sa kasalukuyang landas.

Sa praktika, ibig sabihin nito ang bushing studs, tap changer contacts, mga dulo ng control wiring, at anumang silver-plated connection sa loob ng terminal box. Mayroon kaming binuksan na geothermal units kung saan perpekto ang resulta ng pagsusuri sa winding insulation ngunit ang mga tap changer contacts ang dahilan kung bakit kailangang tanggalin ang unit mula sa serbisyo. Ang solusyon ay ang pagpili ng materyales: iwasan ang silver plating nang buo sa mga order para sa geothermal, gamitin ang tinned copper o nickel-plated contact surfaces bilang kapalit, at isara ang control cabinet gamit ang gasket imbes na louvered vent.

Ang sistema ng pag-iingat ng langis ay kasing-kahalaga. Ang isang libreng humihinga na conservator ay kumukuha ng hangin na may H2S sa loob ng langis araw-araw habang ang espasyo sa itaas ng tangke ay sumusukat. Para sa geothermal duty, tinutukoy namin ang isang sealed breather na may air dryer, o isang ganap na hermetically sealed oil Immersed Transformer na disenyo kung saan ang rating ay pumapayag dito. Ang solong desisyong iyon ay nagpaprotekta sa langis, sa insulation, at sa mga contact ng tap changer nang sabay-sabay.

 

Pagtukoy ng Sukat ng Transformer ng Geothermal Power Plant para sa 90% Capacity Factor

Gawin ang arithmetic bago pumili ng rating. Sa 90% factor ng Kapasidad , ang isang geothermal na yunit ay nakakakuha ng halos 7,880 na oras na may karga sa isang taon. Ang isang solar plant na may 25% ay nakakakuha ng humigit-kumulang 2,190. Kaya naman, ang transformer ng geothermal ay gumugugol ng humigit-kumulang tatlong beses at kalahati ng oras sa temperatura bawat taon, at ang thermal ageing ay kumulatibo.

Iyon ang dahilan kung bakit binibigay namin ang 55 K na pagtaas ng temperatura ng winding para sa geothermal duty, imbes na ang karaniwang 65 K na nakasaad sa karamihan ng mga technical specification para sa distribution. Ang mas mababang disenyo ng pagtaas ay nagbibigay ng mas mababang hot spot, at ang mas mababang hot spot ay nagpapahaba ng buhay ng insulation. Ang kompromiso ay tunay: inaasahan ang mas malaking core, mas malawak na radiator area, at mas mabigat na tank para sa parehong kVA.

Ang generator step-up transformers sa flash at binary plants ay karaniwang nagdadala ng generator voltage mula 4.16 kV hanggang 13.8 kV patungo sa 34.5 kV collector o sa 69 kV hanggang 138 kV transmission connection. Sukatin ang unit batay sa generator MVA kasama ang parasitic load ng planta—tulad ng cooling towers, circulating water pumps, vacuum systems, at gas extraction—kung sauin, i-verify ang rating gamit ang load profile, hindi isang solong nameplate value. Kung ang planta ay inaasahang tatakbo nang higit sa nameplate lalo na sa mga panahon ng mataas na steam output, humiling na idokumento ang overload capability ayon sa IEEE C57.91 loading guide, hindi ito ipagpalagay lamang.

 

Paggamit ng Cooling, Coating, at ng Paint System Specification

Ang mga lokasyon ng geothermal ay madalas na kaharap ng dagat o bulkan, kaya't dalawang panganib sa pagka-corrode ang nagkakasalubong: ang hydrogen sulfide mula sa proseso at ang hangin na may chloride mula sa karagatan. Ang sistema ng coating ay isang item na kinakailangan sa technical specification, hindi lamang isang panghuling detalye. Tukuyin ang kategorya ng corrosivity sa RFQ at ipaglaban ang pagsunod nito ng supplier. Ang Klasipikasyon ng ISO 12944-2 ng mga kapaligiran ay nagtatakda ng mga kategorya mula C1 hanggang CX at ito ang karaniwang wika na ginagamit ng mga buyer at manufacturer; ang C5-M ang kategorya na sumasaklaw sa exposure sa kaharap ng dagat at karagatan.

Para sa isang order ng geothermal sa kaharap ng dagat, iniaalok namin ang isang epoxy primer, epoxy intermediate, at polyurethane topcoat system na may kabuuang dry film thickness na humigit-kumulang 320 micrometres, na inilalapat sa ibabaw ng hot-dip galvanized o blast-cleaned substrate. Ang radiator fins ay binibigyan ng hiwalay na paggamot: sa isang geothermal plant, ang mga fins ay kumukuha ng alikabok at sulfide, at ang manipis na coating sa fins na sapat sa loob ng bansa ay maaaring nawala na sa loob ng dalawang panahon. Tukuyin nang malinaw ang proteksyon laban sa corrosion para sa mga fins.

Kailangan din ng ikalawang pagsusuri ang pagpapalamig. Ang isang yunit na tumatakbo malapit sa rated load nang 24/7 kasama ang ambient temperature na 40 hanggang 50 °C ay walang margin para mawala. I-verify ang kinukwentang winding hot spot sa ambient temperature ng lokasyon, hindi sa 30 °C, at kumpirmahin na ang mga fan-assisted cooling stage ay tinukoy na may hiwalay na power supply upang ang isang kahinaan sa control circuit ay hindi magdulot ng pagkawala sa pangalawang cooling stage.

 

Altitude, Seismic Zones, at Pagdadala ng Yunit sa Lokasyon

Marami sa mga geothermal field sa buong mundo ay matatagpuan sa taas ng 1,000 metro: ang Olkaria complex sa Kenya, ang ilang bahagi ng Indonesia, at ang karamihan sa East African Rift. Parehong bumababa ang insulation withstand at cooling performance kapag tumaas ang altitude, kaya ang isang yunit na tinukoy sa antas ng dagat ay hindi pareho sa isang yunit sa 2,000 metro. Dapat ilagay ang derating factors sa insulation level at sa cooling calculation, at dapat ipakita ang calculation sa test report, hindi lamang ipinapahayag bilang isang pahayag.

Ang disenyo laban sa lindol ang pangalawang heograpikong paghihigpit. Ang Rift Valley, Icelandic, Indonesian, at Californian fields ay nasa aktibong mga sona ng lindol, at ang transformer ang pinakamabigat na bahagi sa substation. Ibig sabihin, kailangan ang disenyo ng anchorage, lakas ng base plate, at sa mga proyektong pang-utility, ang pagsusuri sa kakayahan laban sa lindol ayon sa IEEE 693. Ang isang pangkalahatang welded skid ay hindi isang disenyo laban sa lindol.

Kasunod nito ay ang logistics, na mas kadalas na nagpapagulat sa mga bumibili kaysa sa anumang parameter na pangkuryente. Ang mga geothermal field ay karaniwang nararating sa pamamagitan ng mahabang daanan na may mahinang ibabaw at mahigpit na limitasyon sa bigat bawat axle. Hindi posible ang pagpapadala ng isang ganap na nabuo na yunit na may timbang na 40 tonelada patungo sa isang malayong field. Ang praktikal na solusyon ay isang disenyo na dinala nang hiwa-hiwa: ang tank ay ipinapadala nang walang langis, ang mga radiator ay nakakaso nang hiwalay, ang mga bushing ay nasa mga tiyak na kahon, at may dokumentadong hakbang sa pag-aassemble sa site kasama ang mga torque value. Ang aming oil immersed transformer range ay karaniwang ipinapadala sa konfigurasyong ito para sa mga proyektong pang-generasyon sa malayong lugar.

 

 

Paano Inihahanda ng Ryan Electric ang Isang Unit para sa Gawain sa Geothermal

Bawat order para sa geothermal ay dumaan sa isang iba't ibang checklist ng mga tukoy na kailangan kumpara sa isang karaniwang unit para sa distribusyon. Ang mga pagpapalit ng materyales ay nirekord sa listahan ng mga materyales upang masuri ng bumibili ang mga ito: walang mga kontak na may silver plating, nakaselyadong langis para sa pag-iingat, coating na C5-M, napatunayang altitude derating, at dokumentadong seismic anchorage. Ang ulat ng karaniwang pagsusulit ay naglalaman ng datos ng cold resistance at ratio na kailangan para sa commissioning, na sinusukat batay sa mga aktwal na tap positions na ipinagkaloob.

Gumagawa kami sa isang pasilidad na may sukat na 120,000 square metre na may higit sa 180 na hanay ng kagamitan para sa produksyon at pagsusulit, at 37 na patent, at mayroon kaming sertipikasyon mula sa UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS, at CE. Simula noong 2023, ang Ryan Electric ay nagsisilbing opisyal na kasamang negosyo ng Eaton, at ang relasyong iyon ay nagpapahigpit sa pamantayan ng dokumentasyon na sinusunod namin. Ang mga yunit na ipinapadala namin sa mga lugar na may mataas na korosyon, mataas na altitud, at malalayong lokasyon ay pareho sa platform na ginagawa namin para sa mga customer mula sa data centre, utility, at mining, na tinukoy batay sa aktwal na kondisyon ng lokasyon.

 

Ano ang Ilalagay sa Geothermal Transformer RFQ

Karamihan sa mga geothermal RFQ na natatanggap namin ay nakalista ang voltage, rating, at impedance, at doon na lang natatapos. Ang tatlong bagay na iyon ay hindi naglalarawan ng geothermal duty. Idagdag ang pitong input na ito upang ang quote na matatanggap ninyo ay maikokompara sa lahat ng supplier:

Konsentrasyon ng H2S. Nasukat na ppm sa steam o brine, kasama ang pagtukoy kung ang lokasyon ay nasa baybayin.

Ambient na temperatura at altitud ng lokasyon. Pinakamataas na idinisenyong ambient temperature sa C at ang taas sa ibabaw ng lebel ng dagat.

Kategorya ng korosyon at sistema ng coating. Kategorya ng ISO 12944-2 kasama ang kinakailangang kapal ng dry film.

Profile ng karga at factor ng kapasidad. Inaasahang taunang oras na may karga, hindi lamang ang nakasaad na kVA sa nameplate.

Pagtaas ng temperatura ng winding at limitasyon ng hot spot. Ipaalam ang nais na pagtaas, o hilingin sa tagapag-suplay na ipaliwanag ang default.

Kinakailangan sa lindol. Kung kailangan ang IEEE 693 qualification o ang mga kriteria sa pag-aanchor na partikular sa lokasyon.

Mga limitasyon sa transportasyon. Pinakamataas na bigat bawat piraso, mga pangangailangan sa daan, at kung inaasahan ang pag-aassemble sa lokasyon.

 

Bago Mo Itakda ang Susunod na Geothermal na Yunit

Ipadala sa amin ang mga datos mula sa field—konsentrasyon ng H2S, temperatura ng kapaligiran, altitud, seismic zone, at load profile—at ang aming engineering team ay magbabalik sa iyo ng isang specification sheet na nagpapakita ng mga palitan ng materyales, kalkulasyon ng pagpapalamig, at plano sa transportasyon. Mas pipiliin namin na talakayin ang paint system sa papel kaysa sa palitan ang isang radiator bank sa field.

Tungkol sa May-Akda: Isinulat ang artikulong ito ng engineering team ng Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), isang tagagawa ng cast resin, oil-immersed, at pad-mounted transformers para sa utility, data centre, renewable generation, at industrial na mga customer simula noong 2007. Ang team ay gumagawa araw-araw batay sa mga kinakailangan ng IEEE C57 at IEC 60076, at sumusuporta sa mga developer at EPC contractor sa pamamagitan ng specification, factory testing, at site commissioning.