Տրանսֆորմատորի գործառույթը քամու տուրբինները էլեկտրական ցանցին միացնելիս
Քամու էներգիան դարձել է վերականգնվող էներգիայի ամենաարագ զարգացող աղբյուրներից մեկը շատ երկրներում: Քամու տուրբինները քամու պոռթկումների կինետիկ էներգիան վերածում են էլեկտրական էներգիայի՝ գեներատորների միջոցով: Այնուամենայնիվ, քամու տուրբինների կողմից արտադրված էլեկտրաէներգիան չի կարող անմիջապես ուղղորդվել ցանց: Ահա թե որտեղ են տրանսֆորմատորները կարևոր դեր խաղում: Տրանսֆորմատորները պարզապես «լարման բարձրացման սարքեր» չեն, այլ հիմնական բաղադրիչներ, որոնք ապահովում են, որ քամու տուրբիններից եկող էլեկտրաէներգիան կարող է արդյունավետ, անվտանգ փոխանցվել և համապատասխանել ցանցի օպերատորների կողմից պահանջվող էներգիայի որակի չափանիշներին:
1. Ինչո՞ւ են հողմային տուրբիններին անհրաժեշտ տրանսֆորմատորներ։
Քամու տուրբինների գեներատորները սովորաբար արտադրում են միջին լարումներ, որոնք համեմատաբար ցածր են փոխանցման և բաշխման համակարգերի պահանջների համեմատ: Օրինակ, գեներատորները կարող են արտադրել հարյուրավոր վոլտից մինչև մի քանի կիլովոլտ լարումներ, մինչդեռ միջին լարման բաշխման ցանցերը սովորաբար աշխատում են 20 կՎ կամ 33 կՎ լարման տակ, իսկ փոխանցման ցանցերը կարող են հասնել 150 կՎ, 275 կՎ կամ նույնիսկ ավելի բարձր լարման: Լարման մակարդակների այս տարբերությունը պահանջում է, որ սարքերը համապատասխանեն այն ցանցի լարման մակարդակներին, որին դրանք միացված են:
Լարման տարբերությունից բացի, կան մի շարք այլ պատճառներ, թե ինչու են տրանսֆորմատորները այդքան կարևոր.
– Հզորության փոխանցման արդյունավետություն. ավելի բարձր լարումը թույլ է տալիս նույն հզորության համար ավելի փոքր հոսանք, ուստի մալուխում I²R կորուստները նվազում են։
– Համապատասխանություն ցանցային ստանդարտներին. ցանցն ունի խիստ պահանջներ լարման, մեկուսացման և պաշտպանության վերաբերյալ։
– Անվտանգություն և մեկուսացում. տրանսֆորմատորները կարող են ապահովել գալվանական մեկուսացում տուրբինի և ցանցի կողմերի միջև՝ օգնելով պաշտպանել սարքավորումները և անձնակազմը։
– Քամու էլեկտրակայանի համակարգի ինտեգրում. քամու էլեկտրակայանի մասշտաբով մի քանի տուրբիններ պետք է միավորվեն և դասավորվեն նախքան ցանցին բաշխվելը։
2. Տրանսֆորմատորի հիմնական գործառույթը՝ լարման բարձրացում (լարման բարձրացում)
Քամու տուրբինային համակարգում տրանսֆորմատորի ամենահայտնի գործառույթը գեներատորից կոլեկտորային համակարգի կամ անմիջապես ենթակայանի համար հարմար լարման բարձրացնելն է: Այս գործընթացը կոչվում է աստիճանական վերափոխում:
Ինչո՞ւ պետք է այն մեծացվի։ Որովհետև երբ լարումը մեծանում է, տվյալ հզորության համար մալուխով հոսող հոսանքը կնվազի։ Ազդեցությունը՝
– Մալուխներում և սարքավորումներում պղնձի կորուստը նվազում է։
– Հաղորդիչի չափը կարող է ավելի տնտեսող լինել։
– Տուրբինից մինչև ենթակայան էլեկտրաէներգիայի փոխանցման հեռավորությունը դառնում է ավելի հնարավոր՝ առանց հզորության չափազանց մեծ կորստի։
Քամու էլեկտրակայաններում յուրաքանչյուր տուրբին սովորաբար ունի իր սեփական տրանսֆորմատորը (բարձիկին ամրացված տրանսֆորմատոր), որը բարձրացնում է լարումը գեներատորից (օրինակ՝ 690 Վ) մինչև կոլեկտորային ցանցը (օրինակ՝ 20 կՎ կամ 33 կՎ): Այնուհետև, քամու էլեկտրակայանի ենթակայանում, մեկ այլ տրանսֆորմատոր այն կրկին բարձրացնում է մինչև փոխանցման լարումը:
3. Ապահովում է էլեկտրական մեկուսացում և պաշտպանություն
Տրանսֆորմատորները նաև ծառայում են որպես էլեկտրական համակարգի երկու մասերի միջև արգելք և բաժանիչ։ Այս մեկուսացումը կարևոր է հետևյալի համար՝
– Նվազեցնում է տուրբինի կողմից առաջացող խանգարումների ռիսկը, որոնք ուղղակիորեն տարածվում են ցանցի կողմը։
– Աջակցություն պաշտպանության համակարգմանը, օրինակ՝ համապատասխան հողանցման սխեմա ընտրելով։
– Պաշտպանում է ժամանակակից քամու տուրբիններում հաճախ օգտագործվող էլեկտրական սարքավորումները։
Ժամանակակից հողմային տուրբինները հաճախ օգտագործում են փոխակերպիչներ՝ գեներատորի ելքային հաճախականությունը և լարումը կարգավորելու համար, հատկապես փոփոխական արագությամբ տուրբիններում: Այս համակարգերը զգայուն են լարման տատանումների, հարմոնիկների և անցողիկ խանգարումների նկատմամբ: Լավ նախագծված տրանսֆորմատորը, ինչպես նաև պաշտպանիչ սարքերը, ինչպիսիք են արգելակիչները, ռելեները և անջատիչները, օգնում են նվազեցնել վնասման ռիսկը:
4. Նվազեցնել խանգարումների ազդեցությունը և բարձրացնել հուսալիությունը
Էլեկտրաէներգետիկ ցանցում կարող են լինել խափանումներ, ինչպիսիք են կարճ միացումները, գերլարումները և լարման անկումները: Քամու տուրբինները կարող են նաև ստեղծել որոշակի խափանումներ, ինչպիսիք են հզորության տատանումները՝ քամու արագության փոփոխությունների և փոխարկիչի հարմոնիկ աղավաղման պատճառով:
Տրանսֆորմատորները նպաստում են համակարգի հուսալիությանը՝
– Ապահովում է դիմադրություն, որը օգնում է սահմանափակել կարճ միացման հոսանքը։
– Աջակցում է պաշտպանության համակարգերի համակարգմանը, որպեսզի խանգարումների ընդհատումը տեղի ունենա ընտրողաբար։
– Լինել այնպիսի նախագծի մաս, որը թույլ է տալիս տուրբինին համապատասխանել ցանցային կոդի պահանջներին, ինչպիսին է որոշ էներգահամակարգի ստանդարտներում լարման ակնթարթային անկումներին (խափանման անցում) դիմակայելու ունակությունը։
Գործնականում տրանսֆորմատորները պետք է նաև դիմակայեն փոփոխվող աշխատանքային պայմաններին: Տուրբինի ելքային հզորությունը հաստատուն չէ, հետևաբար, տրանսֆորմատորի վրա բեռը կարող է տատանվել: Տրանսֆորմատորի ջերմային նախագծումը և անվանական հզորությունը պետք է հաշվի առնեն այս դինամիկ բեռի պրոֆիլը:
5. Կազմաձևման և հողանցման համակարգի կարգավորում
Տրանսֆորմատորի կարևոր կողմերից մեկը փաթույթների կոնֆիգուրացիան է, ինչպիսիք են՝ դելտան (Δ) և ուռուցիկ/աստղային (Y): Այս կոնֆիգուրացիան ազդում է.
– Ինչպես է համակարգը հիմնավորվում (grounding):
– Եռակի հարմոնիկների նկատմամբ վարքագիծը (օրինակ՝ 3-րդ կարգի հարմոնիկներ):
– Հողային խզման հոսանքի ուղին։
Օրինակ, մեկ կողմում դելտայի կոնֆիգուրացիայի օգտագործումը կարող է օգնել «որսալ» որոշակի հարմոնիկներ, որպեսզի դրանք չհոսեն ցանց: Միևնույն ժամանակ, աստղային կոնֆիգուրացիան՝ հիմնավորված չեզոքով, կարող է ապահովել կայուն լարման հղման մակարդակ և հեշտացնել հողանցման խափանումների հայտնաբերումը: Կոնֆիգուրացիայի ընտրությունը միատարր չէ. այն կախված է տուրբինի նախագծումից, տեղական ցանցի ստանդարտներից և իրականացվող պաշտպանության ռազմավարությունից:
6. Օգնում է կառավարել էներգիայի որակը
Վերականգնվող էներգիայի ինտեգրման գործում էներգիայի որակը կարևորագույն հարց է: Ցանցային օպերատորները որոշակի սահմանափակումներ են պահանջում հետևյալի համար.
– Լարման տատանումներ (թրթռում),
- Հարմոնիկ աղավաղում,
– փուլային անհավասարակշռություն,
- Հզորության գործակից։
Տրանսֆորմատորները առաջնային հարմոնիկ ֆիլտրեր չեն, բայց դրանք ազդում են տուրբինի, փոխարկիչի և ցանցի միջև փոխազդեցության վրա: Տրանսֆորմատորի դիմադրությունը, միջուկի նյութի ընտրությունը և փաթույթների կոնֆիգուրացիան կարող են ազդել փոխանցվող հարմոնիկների մակարդակի վրա: Իրական աշխարհում տրանսֆորմատորները հաճախ աշխատում են այլ սարքերի հետ համատեղ, ինչպիսիք են հարմոնիկ ֆիլտրերը, կոնդենսատորների բանկերը, STATCOM-ները կամ ռեակտիվ փոխհատուցման համակարգերը՝ ապահովելու համար, որ հողմային կայանի արտադրանքը համապատասխանի ցանցային կոդի պահանջներին:
7. Քամու տուրբինային համակարգերում տրանսֆորմատորների տեսակները
Քամու տուրբինները ցանցին միացնելիս սովորաբար օգտագործվում են մի քանի տեսակի տրանսֆորմատորներ.
1. Գոտկային մասում տեղադրված տրանսֆորմատոր. տեղադրված է աշտարակի վերևում, գեներատորի մոտ: Առավելությունն այն է, որ ցածր լարման մալուխները ավելի կարճ են, սակայն սպասարկման համար հասանելիությունն ավելի դժվար է:
2. Աշտարակի հիմքում գտնվող տրանսֆորմատորը (աշտարակի հիմքը). ավելի հեշտությամբ հասանելի է սպասարկման համար, բայց պահանջում է ցածր լարման էլեկտրաէներգիայի փոխանցում գոնդոլից աշտարակի ներքևի մաս։
3. Պլատֆորմին ամրացված տրանսֆորմատոր. գետնի մակարդակում գտնվող պահարանում տեղադրված տրանսֆորմատոր, որը հաճախ օգտագործվում է կոլեկտորային ցանցին լարումը մեծացնելու համար:
4. Գլխավոր աստիճանական տրանսֆորմատոր. բարձրացնում է կոլեկտորային ցանցից (20–33 կՎ) լարումը մինչև ավելի բարձր փոխանցման լարում:
Տրանսֆորմատորի տեղադրման վայրի և տեսակի ընտրությունը կապված է մեխանիկական նախագծման, տեղադրման ծախսերի, աշխատանքային անվտանգության, աղմուկի մակարդակի և շահագործման ռազմավարությունների հետ։
8. Գործառնական մարտահրավերներ. Ջերմություն, թրթռում և շրջակա միջավայր
Քամու տուրբինների համակարգերի տրանսֆորմատորները բախվում են բարդ շրջակա միջավայրի պայմանների: Օրինակ՝ ափամերձ տարածքներում աղի օդի պատճառով կոռոզիայի վտանգ կա: Սառը վայրերում մեկուսացումը և յուղի մածուցիկությունը (յուղով սառեցվող տրանսֆորմատորների համար) կարող են խնդրահարույց լինել: Եթե տրանսֆորմատորը տեղադրված է գոնդոլում, տուրբինի թրթռումը և դինամիկ շարժումը նույնպես ազդում են դրա մեխանիկական հուսալիության վրա:
Հետևաբար, քամու տուրբինների տրանսֆորմատորները սովորաբար ունեն տեխնիկական բնութագրեր, որոնք ընդգծում են.
- խոնավության դիմադրություն,
- բավարար սառեցման համակարգ,
- Կայծակի և լարման ալիքներից պաշտպանություն,
– Վիճակի մոնիթորինգ, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, լուծված գազը (DGA) և որոշակի կիրառություններում մասնակի արտանետումը։
Եզրակացություն
Տրանսֆորմատորները հիմնական բաղադրիչներ են, որոնք հնարավորություն են տալիս անվտանգ և արդյունավետ կերպով ինտեգրել քամու տուրբինների էլեկտրաէներգիան էլեկտրական ցանցին: Դրանց դերը տարածվում է ոչ միայն լարման բարձրացումից, այլև ներառում է էլեկտրական մեկուսացում, պաշտպանություն, էլեկտրաէներգիայի որակի բարելավում, հողանցում և համակարգի ընդհանուր հուսալիության բարձրացում: Քամու էներգիայի աճի համատեքստում տրանսֆորմատորի ճիշտ ընտրությունը և նախագծումը կարևոր են քամու էլեկտրակայանների շահագործման հաջողության համար՝ թե՛ տեխնիկապես, թե՛ տնտեսապես: Համապատասխան տրանսֆորմատորի միջոցով քամուց ստացված էլեկտրաէներգիան կարող է կայուն կերպով հոսել ցանց՝ ապահովելով ավելի մաքուր և կայուն էներգամատակարարում:
