Повышающие подстанции для солнечных электростанций в Узбекистане

Крупные сетевые солнечные электростанции (СЭС) в Узбекистане строятся на открытых, ровных, жарких и пыльных площадках. Повышающие подстанции СЭС располагаются между инверторами и сетью сбора мощности 10 кВ или 35 кВ и в один и тот же час суток несут пиковую нагрузку при максимальной температуре окружающего воздуха и переносимом ветром песке. В этой статье изложено, что необходимо определить при составлении технического задания на такие установки; в качестве референсных решений рассмотрены повышающая комплектная трансформаторная подстанция (КТП) ZGS-PV, повышающая станция CHT1-PWS и интегрированный контейнер системы накопления энергии (СНЭ).

От выхода инвертора до сети сбора мощности

Центральные и мощные стринговые инверторы выдают трёхфазное переменное напряжение, величина которого задаётся производителем инвертора, как правило, от 0.6 до 0.8 кВ; рассматриваемые ниже референсные решения рассчитаны на 0.8 кВ. Это значительно выше 0.4 кВ стандартного распределительного оборудования, поэтому каждому инверторному блоку нужен собственный повышающий трансформатор до напряжения сети сбора мощности: 10 кВ для небольших станций в распределительной сети, 35 кВ для крупных станций, питающих главную подстанцию, при частоте 50 Гц. Повышающая установка объединяет три части в одном корпусе заводской сборки:

• Отсек НН: вводы для одного или двух инверторов, автоматические выключатели, питание собственных нужд и оборудование связи.
• Трансформатор: в большинстве наружных исполнений масляный, 0.8 кВ на 10 или 35 кВ, по одной обмотке НН на каждый инвертор.
• Отсек ВН: вакуумный выключатель или выключатель нагрузки с предохранителями и кабельными заделками, при необходимости в кольцевой схеме, чтобы несколько установок подключались к одному фидеру.

Повышающая КТП ZGS-PV выполнена по этой схеме: мощность до 6300 кВА и выбор в обозначении модели между тупиковым (Z) и кольцевым (H) подключением по стороне ВН.

Трансформаторы с расщеплённой обмоткой для двух инверторов

Большинство производителей центральных инверторов не допускают параллельной работы двух инверторов на одной шине НН из-за уравнительных токов между инверторами и подпитки короткого замыкания, которую каждый из них получал бы от другого. Стандартное решение — трансформатор с расщеплённой обмоткой: одна обмотка ВН и две отдельные обмотки 0.8 кВ, каждая для своего инвертора.

• Высокое сопротивление между двумя обмотками НН ограничивает взаимное влияние инверторов и подпитку короткого замыкания от одного инвертора к другому.
• Один трансформатор, один коммутационный аппарат ВН и один фундамент обслуживают два инверторных блока, что вдвое сокращает число точек подключения к фидеру по стороне ВН.

В обозначении модели ZGS-PV буква F указывает на исполнение с расщеплённой обмоткой, а суффикс G — на применение для фотоэлектрических станций. Мощность выбирается по параметрам инверторов с обязательным учётом коэффициента мощности. Пример расчёта с условными цифрами: двум инверторам по 1250 кВт, которые должны работать с коэффициентом мощности до 0.9 на своих выводах, требуется 2 × 1389 кВА = 2778 кВА, то есть нужна установка 3150 кВА, а не 2500 кВА.

Повышающие КТП для солнечных электростанций

В ZGS-PV коммутационная аппаратура ВН и защитные предохранители размещены внутри бака трансформатора, а масло служит изоляцией стороны 10 кВ или 35 кВ, что сокращает изоляционные расстояния и делает установку компактной. Особенности, важные на площадке:

• Герметичный бак с маслом, изолированным от атмосферы (без расширителя и воздухоосушителя), и наружные пластинчатые радиаторы.
• IP54 для отсеков ВН и НН, IP68 для бака трансформатора; поверхности корпуса перед окраской проходят дробеструйную обработку для стойкости к коррозии, ультрафиолету и песку.
• Опционально: манометр, термометр и сигналы положения выключателя нагрузки с интерфейсом связи для SCADA электростанции.

В альтернативной компоновке китайского типа (Huashi) бак трансформатора расположен вне корпуса и охлаждается непосредственно окружающим воздухом, а в корпусе размещены только отсеки ВН и НН. По стороне ВН применяется либо вакуумный выключатель, либо выключатель нагрузки с предохранителями; в комбинации с предохранителями блокировка отключает выключатель при срабатывании любого предохранителя, и повторное включение возможно только после его замены. Степень защиты корпуса — не ниже IP54, бака трансформатора — IP68.

Повышающие станции с PCS и интегрированные контейнеры для аккумуляторных СНЭ

СНЭ всё чаще предусматриваются в составе солнечных электростанций для переноса выработанной энергии на вечерний пик. Между аккумуляторными батареями и сетью сбора мощности располагается двунаправленный преобразователь (PCS) с собственным повышающим трансформатором, который передаёт мощность в обоих направлениях и может быть нагружен ночью; график нагрузки трансформатора СЭС «только в светлое время суток» здесь неприменим.

Повышающая станция CHT1-PWS — установка на единой раме, объединяющая PCS, шинный мост, отсек НН для связи и распределения собственных нужд, масляный трансформатор и отсек ВН с вакуумным выключателем нагрузки или вакуумным выключателем. Число в обозначении модели — номинальная мощность в кВт. Сборка, монтаж проводки и испытания выполняются на заводе, а на месте установка монтируется краном единым блоком. Там, где требования пожарной безопасности исключают применение масла, в той же конфигурации применяется повышающая станция европейского типа с сухим трансформатором.

Интегрированный контейнер СНЭ — стандартный 10-футовый или 20-футовый блок-контейнер заводской готовности, в котором размещены блок ВН/НН, двунаправленный PCS, местный мониторинг, блок охлаждения, контроль доступа, освещение и блок пожарной защиты с ранним предупреждением о тепловом разгоне на уровне батарейного модуля (PACK); он рассчитан на пустынные, высокогорные, холодные и прибрежные площадки.

Исполнение для пустыни: жара, пыль и охлаждение

IEC 60076-1 (GB/T 1094) и практика ГОСТ нормируют превышение температуры для нормальных условий эксплуатации: максимальная температура окружающего воздуха 40 °C и среднемесячная 30 °C для самого жаркого месяца. Летние температуры воздуха на площадках СЭС в Узбекистане превышают предел 40 °C, а пик нагрузки трансформатора приходится на тот же час, когда крыша корпуса находится под прямыми солнечными лучами. Что необходимо определить в техническом задании:

• Температуры окружающего воздуха: максимальное и среднее значения в технических данных, исполнение с пониженным превышением температуры или правило снижения нагрузки при превышении 40 °C; минимальная зимняя температура для выбора масла.
• Охлаждение: герметичный бак с наружными пластинчатыми радиаторами; жалюзи с песчаными фильтрами и принудительная вентиляция отсека НН; кондиционирование отсеков, в которых размещены PCS или оборудование связи.
• Пыль, песок и солнце: отсеки IP54, бак IP68, герметичные кабельные вводы снизу, вентилируемая двойная крыша или солнцезащитный навес, покрытие, стойкое к абразивному износу и ультрафиолету.
• Мониторинг: передача сигналов температуры масла и давления в баке в SCADA.

Потери холостого хода здесь значат больше, чем для распределительного трансформатора, поскольку установка, как правило, остаётся под напряжением сети все 8760 часов в году, а генерирует только в светлое время суток. Для ориентира: распределительный трансформатор S13-M-2500 10/0.4 кВ из нашей линейки имеет потери холостого хода 1830 Вт, то есть около 16 000 кВт·ч в год. Установка 35 кВ с расщеплённой обмоткой для СЭС — это другая конструкция, поэтому запрашивайте гарантированные значения потерь на стадии тендера и оценивайте их исходя из собственных тарифных допущений.

Требования сетевого кодекса и защиты

Технические условия сетевого оператора на присоединение по каждому проекту определяют диапазон реактивной мощности, поведение при провалах напряжения (ride-through) и уставки защит в точке присоединения. В основном это функции инвертора; повышающая установка не должна их ограничивать. В общих чертах:

• Полная мощность: трансформатор рассчитывается на выходную мощность инвертора при требуемом коэффициенте мощности, а не при единичном.
• Напряжение короткого замыкания и группа соединения обмоток: следуйте спецификации на трансформатор от производителя инвертора, в которой обычно задаются допустимый диапазон uк, группа соединения обмоток (как правило, Dy11y11 или Yd11d11 в зависимости от концепции заземления инвертора) и режим нейтрали НН; uк определяет как уровень тока короткого замыкания на выводах инвертора, так и падение напряжения при полной выдаче мощности.
• Защита: вакуумный выключатель с реле максимальной токовой защиты и защиты от замыканий на землю там, где для фидера требуется селективное отключение, либо выключатель нагрузки с предохранителями для более простых схем; ограничители перенапряжений на выводах ВН; устройство сброса давления и указатель температуры масла на баке; по одному автоматическому выключателю на каждую инверторную обмотку.

Каждая установка проходит приёмо-сдаточные испытания на заводе, а на подстанцию YBM(YHB)-40.5/1.14-6300 китайского типа (Huashi) в блочно-модульном исполнении для СЭС/ВЭС имеется протокол типовых испытаний лаборатории, аккредитованной CNAS; см. страницу сертификатов.

Контрольный перечень для технического задания на повышающие подстанции СЭС

1. Напряжение переменного тока инвертора, число инверторов на установку и их максимальный длительный ток.
2. Требуемая мощность в кВА при заданном коэффициенте мощности; исполнение с расщеплённой обмоткой (F) для двух инверторов.
3. Напряжение сети сбора мощности (10 или 35 кВ) и схема подключения по стороне ВН: тупиковая или кольцевая.
4. Коммутационный аппарат ВН и требования к релейной защите.
5. Максимальная и минимальная температура на площадке, высота над уровнем моря и запылённость; правило снижения нагрузки и степень защиты IP.
6. Гарантированные потери, напряжение короткого замыкания, группа соединения обмоток и режим нейтрали НН по спецификации инвертора.
7. Фундамент, кабельные вводы, транспортные габариты, заводские испытания и язык документации (EN/RU).

Все установки изготавливаются компанией Jiangsu Xinhong Electrical Equipment Co., Ltd. (Цзянсу Синьхун) и комплектуются под каждую конкретную станцию. Направьте технические данные инвертора, однолинейную схему и расчётные условия площадки через нашу страницу контактов, чтобы получить коммерческое предложение с параметрами трансформатора, компоновкой корпуса и сроком поставки в Узбекистан.