Hướng dẫn lựa chọn máy biến áp năng lượng mặt trời tại Ả Rập Xê Út: Thiết kế cho các dự án quang điện chịu nhiệt độ cao
Năm ngoái, sau khi chúng tôi hoàn thành việc bàn giao tổng thể các trạm biến áp trọn bộ cho một dự án điện mặt trời 300 MW tại khu vực Al Khafji của Ả Rập Xê Út, giám sát viên tại công trường đã đưa ra một nhận xét khiến tôi nhớ mãi:
“Đường cong tăng nhiệt độ của lô hàng này gồm máy biến áp năng lượng mặt trời” thực tế phẳng hơn ở 50°C so với những gì đã nêu trong hồ sơ mời thầu.”
Đằng sau nhận xét đó là hơn bốn mươi ngày vận hành thử nghiệm ở nhiệt độ cao, ba vòng tối ưu hóa thiết kế và vô số lần làm rõ kỹ thuật với chủ đầu tư. Tôi đã tổng hợp những kinh nghiệm này tại đây để cung cấp tài liệu tham khảo thực tế cho các kỹ sư và đội ngũ dự án hiện đang làm việc tại các dự án năng lượng mặt trời ở Trung Đông.
1. Các yêu cầu đặc biệt đối với máy biến áp tăng áp trong các dự án năng lượng mặt trời tại Ả Rập Xê Út
Các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn ở Ả Rập Xê Út thường sử dụng cấu hình biến tần trung tâm + trạm tăng áp tập trung hoặc cấu hình biến tần chuỗi + trạm tăng áp tập trung .
Trong cả hai trường hợp, biến áp tăng áp được lắp đặt giữa đầu ra AC của bộ biến tần và điểm đấu nối lưới điện, giúp tăng điện áp từ 690 V hoặc 1.140 V lên 33 kV hoặc 110 kV.
Bản thân công suất định mức của máy biến áp thường không phải là phần khó nhất trong quá trình lựa chọn. Thách thức thực sự đến từ một số điều kiện vận hành tại địa phương và các yêu cầu dự án ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế máy biến áp:
Nhiệt độ môi trường: Tiêu chuẩn IEC 60076 dựa trên nhiệt độ môi trường tối đa là 40°C trong điều kiện vận hành bình thường, trong khi nhiệt độ mùa hè khắc nghiệt tại các địa điểm dự án trong nội địa Ả Rập Xê Út có thể lên tới khoảng 52°C, đặc biệt là ở các khu vực gần Riyadh. Do đó, công suất máy biến áp cần được kiểm tra lại dựa trên giới hạn tăng nhiệt độ 65°C hoặc 75°C và điều kiện môi trường thực tế tại công trường.
Khả năng quá tải: Hồ sơ phụ tải của nhà máy điện mặt trời khác với phụ tải công nghiệp thông thường. Trong những khoảng thời gian bức xạ mặt trời cao vào giữa trưa, máy biến áp có thể phải vận hành ở mức tải cao liên tục trong nhiều giờ. Việc có yêu cầu khả năng quá tải ngắn hạn gấp 1,1 hoặc 1,2 lần tải định mức hay không cần được xác minh dựa trên thông số kỹ thuật của dự án, nhiệt độ môi trường và mô hình nhiệt được quy định trong tiêu chuẩn IEC 60076-7. Thông số này không nên chỉ sao chép từ các giả định quá tải được sử dụng cho máy biến áp phân phối thông thường.
Trở kháng ngắn mạch: Trở kháng của máy biến áp tăng áp điện mặt trời 33 kV cần được xác định cùng với công suất ngắn mạch tại điểm đấu nối lưới điện, đặc tính dòng sự cố của bộ nghịch lưu và khả năng cắt của thiết bị đóng cắt. Trở kháng cao hơn giúp hạn chế dòng sự cố, nhưng cũng ảnh hưởng đến việc điều chỉnh điện áp. Do đó, giá trị trở kháng cuối cùng cần được xác nhận thông qua nghiên cứu ngắn mạch của dự án thay vì chỉ chọn như một thông số máy biến áp riêng lẻ.
Cấp bảo vệ: Cấp bảo vệ IP yêu cầu đối với các trạm biến áp đóng gói ngoài trời và tủ điều khiển phải tuân thủ thông số kỹ thuật của dự án. Trong môi trường sa mạc, chỉ riêng cấp bảo vệ IP là chưa đủ. Cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố như độ kín của cửa, bộ lọc thông gió, biện pháp chống ngưng tụ bên trong tủ điều khiển và khả năng tản nhiệt thực tế của bộ tản nhiệt sau khi bị tích tụ cát.
2. Tài liệu tham khảo về lựa chọn máy biến áp cho các nhà máy điện mặt trời với quy mô khác nhau
Các cấu hình sau đây là các tham chiếu ẩn danh dựa trên các giải pháp dự án trước đây của Zisheng Electric. Chúng không nên được coi là thiết kế tiêu chuẩn cho tất cả các dự án điện mặt trời tại Ả Rập Xê Út. Cấu hình cuối cùng phụ thuộc vào quy mô khối nghịch lưu, tỷ lệ DC/AC, điện áp hệ thống thu gom và sơ đồ đấu nối lưới điện.
| Công suất nhà máy điện mặt trời | Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu | Sơ đồ tăng áp | Công suất máy biến áp trên mỗi đơn vị | Điện áp phía cao áp | Nhóm vector | Phương pháp làm mát | Số lượng điển hình |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 50–80 MW | 690 V | Tăng áp một cấp | 3.15 MVA | 33 kV | Dyn11 | ONAN | 18–22 đơn vị |
| 100–200 MW | 1,140 V | Tăng áp một cấp | 4.5 MVA | 33 kV | Dyn11 | ONAN | 30–40 đơn vị |
| 300–500 MW | 1,140 V | Tăng áp một cấp | 6.3 MVA | 33 kV | Dyn11 | ONAN / ONAF | 55–75 đơn vị |
| 600 MW–1.2 GW | 1,140 V | Tăng áp hai cấp | 6,3 MVA (cấp một) / 150 MVA (cấp hai) | 33 kV / 110 kV | Dyn11 / YNd11 | ONAF / OFAF | 100–160 đơn vị + 2–4 máy biến áp chính |
Một vài điểm cần được làm rõ.
A Tăng áp một cấp cấu hình này có nghĩa là đầu ra của bộ biến tần được tăng áp trực tiếp lên điện áp kết nối lưới, thường là 33 kV hoặc 110 kV.
A tăng áp hai cấp cấu hình này có nghĩa là đầu ra của bộ biến tần trước tiên được tăng áp lên hệ thống thu gom 33 kV trong nhà máy điện mặt trời. Năng lượng thu gom sau đó được truyền qua máy biến áp chính và tiếp tục tăng áp lên 110 kV hoặc 220 kV để truyền tải lên lưới điện.
Các dự án điện mặt trời lớn tại Ả Rập Xê Út, đặc biệt là những dự án đạt quy mô gigawatt, thường sử dụng kiến trúc tăng áp hai cấp để giảm tổn thất hệ thống thu gom và hỗ trợ kết nối lưới tập trung. Trong cấu hình này, máy biến áp chính cấp hai cũng có thể yêu cầu bộ điều áp dưới tải (OLTC) để quản lý sự biến thiên điện áp lưới giữa các thời điểm phát điện cao điểm ban ngày và các giai đoạn sản lượng thấp.
3. Ứng dụng phù hợp của ba loại máy biến áp phổ biến
Ba lộ trình kỹ thuật hiện đang được sử dụng trong các dự án điện mặt trời tại Ả Rập Xê Út, mỗi lộ trình đều có phạm vi ứng dụng khá rõ ràng.
1. Máy biến áp ngâm dầu (ONAN/ONAF)
Đây vẫn là lựa chọn chính cho các dự án điện mặt trời quy mô lớn tại Ả Rập Xê Út và chiếm hơn 80% số đơn vị chúng tôi cung cấp. Ưu điểm của chúng rất rõ ràng: khả năng chịu quá tải mạnh, chi phí có thể kiểm soát và hệ thống bảo trì hoàn thiện.
Đối với các dự án điện mặt trời tại sa mạc, những điểm cần đặc biệt lưu ý bao gồm cấu trúc làm kín bình dầu, khả năng chịu nhiệt độ cao của vật liệu làm kín, bảo vệ các phụ kiện và nguy cơ rò rỉ dầu sau các chu kỳ nhiệt kéo dài lặp đi lặp lại. Các tủ điều khiển và hộp đấu nối phải sử dụng cấp bảo vệ IP hoặc NEMA phù hợp theo quy định của dự án.
Trong một dự án vào năm ngoái, các vòng đệm thông thường đã được chọn để cắt giảm chi phí. Sau ba tháng vận hành, cát và bụi đã xâm nhập vào dầu máy biến áp, khiến hệ số tổn hao điện môi tăng từ 0,3% lên 1,2%. Các thiết bị bị ảnh hưởng đã phải được sửa chữa lại trên toàn bộ công trường. Kết quả là chi phí thực tế cao gấp khoảng ba lần so với việc sử dụng vật liệu làm kín chất lượng tốt ngay từ đầu.
2. Máy biến áp loại khô (nhựa đúc)
Máy biến áp khô phù hợp cho các trạm đóng cắt trong nhà hoặc các điểm tăng áp gần khu dân cư, nơi ưu tiên an toàn phòng cháy chữa cháy và không mong muốn xây dựng hố thu dầu.
Hạn chế nằm ở hiệu suất nhiệt. Ở nhiệt độ môi trường 50°C, khả năng làm mát của máy biến áp khô có thể giảm đáng kể. Do đó, đối với cùng một tải dự án, có thể cần máy biến áp có công suất định mức cao hơn—ví dụ, tải 4,5 MVA có thể yêu cầu thiết bị khô 5,5 MVA tùy thuộc vào giới hạn tăng nhiệt độ và điều kiện lắp đặt được quy định.
Nhựa epoxy cũng đối mặt với nguy cơ lão hóa nhanh dưới tác động của nhiệt độ cao kéo dài và tia cực tím mạnh. Do đó, việc lắp đặt ngoài trời đòi hỏi phải có biện pháp che chắn hoặc vỏ bảo vệ phù hợp, điều này làm tăng thêm chi phí xây dựng và lắp đặt.
3. Máy biến áp cách điện bằng este tự nhiên
Trong hai năm qua, một số dự án có tiêu chuẩn kỹ thuật cao tại Ả Rập Xê Út, bao gồm các dự án liên quan đến NEOM, đã bắt đầu quy định sử dụng chất lỏng cách điện este tự nhiên.
Este tự nhiên có điểm chớp cháy trên 300°C, có khả năng phân hủy sinh học và mang lại ưu điểm về hiệu suất lão hóa cách điện so với dầu khoáng thông thường.
Điểm đánh đổi nằm ở chuỗi cung ứng và chi phí. Hiện vẫn còn tương đối ít nhà sản xuất tại Trung Quốc có thể cung cấp ổn định máy biến áp điện mặt trời sử dụng este tự nhiên cho các yêu cầu dự án lớn. Thời gian giao hàng thường dài hơn từ sáu đến tám tuần so với các thiết bị sử dụng dầu khoáng thông thường, trong khi giá thành có thể cao hơn khoảng 25%–30%.
Trừ khi chủ đầu tư có yêu cầu rõ ràng về tính bền vững, an toàn phòng cháy chữa cháy hoặc chứng nhận môi trường, chúng tôi thường coi este tự nhiên là một lựa chọn thay thế thay vì là khuyến nghị mặc định.
4. Ba vấn đề về giao diện thường bị bỏ sót trong thông số kỹ thuật của dự án năng lượng mặt trời tại Ả Rập Xê Út
① Phạm vi điều chỉnh điện áp (Tap Range) không nên chỉ tuân theo cấu hình tiêu chuẩn
② Phương pháp tiếp địa của hệ thống 33 kV phải được xác nhận trong giai đoạn thiết kế
③ Các giá trị tổn hao đảm bảo phải được ghi vào thỏa thuận kỹ thuật và xác minh trong quá trình thử nghiệm xuất xưởng (FAT)
5. Phản hồi vận hành thực tế từ các dự án của Zisheng Electric tại Ả Rập Xê Út
Trên bốn dự án điện mặt trời đã được đưa vào vận hành tại Ả Rập Xê Út, với tổng công suất khoảng 1,2 GW, chúng tôi đã thu thập được một số quan sát vận hành từ các thiết bị đã lắp đặt máy biến áp năng lượng mặt trời” đáng để chia sẻ.
Biên độ tăng nhiệt: Các máy biến áp được thiết kế với giới hạn tăng nhiệt 65 K ghi nhận nhiệt độ dầu đỉnh khoảng 92–95°C khi vận hành ở đầy tải trong điều kiện nhiệt độ môi trường 52°C, duy trì biên độ hợp lý dưới ngưỡng cảnh báo 105°C.
Hai chi tiết sản xuất có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả nhiệt là: cấu trúc dẫn dầu cuộn dây và khoảng cách giữa các tấm tản nhiệt.
Nếu khoảng cách giữa các tấm tản nhiệt quá hẹp, cát tích tụ có thể làm hạn chế lưu lượng không khí. Nếu khoảng cách quá rộng, diện tích tản nhiệt khả dụng sẽ không đủ cho cùng một diện tích lắp đặt. Sau ba lần điều chỉnh thiết kế, chúng tôi đã chốt khoảng cách tản nhiệt là khoảng 45 mm cho cấu hình dự án này.
Độ tin cậy của phụ kiện: Các thành phần như rơ-le khí, thiết bị giảm áp và đồng hồ đo mức dầu thường có tỷ lệ hỏng hóc cao hơn nhiều trong điều kiện nhiệt độ cao tại Ả Rập Xê Út so với các dự án trong nước của chúng tôi. Hiện nay chúng tôi sử dụng vỏ bằng thép không gỉ hoàn toàn làm tiêu chuẩn cho các phụ kiện này và tất cả các vòng đệm đã được nâng cấp lên fluoroelastomer FKM. Chi phí bổ sung vào khoảng 2%, nhưng tỷ lệ thay thế phụ kiện đã giảm từ khoảng 12% trong các dự án đầu tiên của chúng tôi xuống dưới 1%.
Vận chuyển và định vị tại công trường: Chặng vận chuyển nội địa cuối cùng cho các dự án tại Ả Rập Xê Út—thường từ Cảng Dammam đến địa điểm dự án—có thể rất khó khăn vì điều kiện đường sá không phải lúc nào cũng lý tưởng.
Quy trình hiện tại của chúng tôi là vận chuyển thùng máy biến áp dưới áp suất nitơ khô 0,02–0,03 MPa. Sau khi thiết bị được đặt trên bệ móng, chúng tôi để máy ổn định trong ít nhất 48 giờ trước khi nạp dầu, giúp các hạt bụi mịn bị xáo trộn trong quá trình vận chuyển có đủ thời gian để lắng xuống.
Mặc dù có vẻ là một quy trình thận trọng, nhưng nó đã giúp chúng tôi tránh được hai đợt lọc dầu tại chỗ bổ sung.
6. Khuyến nghị cấu hình cho thị trường Ả Rập Xê Út
Nếu bạn hiện đang chuẩn bị hồ sơ thầu máy biến áp hoặc thực hiện đánh giá kỹ thuật cho một dự án tại Ả Rập Xê Út, các điểm sau đây có thể hữu ích.
Không nên chọn kích thước máy biến áp ngay tại giới hạn đã tính toán: Việc chọn máy biến áp đúng bằng 1,0 lần tải tính toán sẽ để lại rất ít biên độ vận hành. Đối với các dự án tại Ả Rập Xê Út, chúng tôi thường khuyến nghị xem xét hệ số kích thước khoảng 1.15–1.20, tùy thuộc vào thông số kỹ thuật thực tế của dự án và nghiên cứu nhiệt.
Nhiều dự án quy định nhiệt độ môi trường thiết kế khoảng 45°C. Tuy nhiên, trên thực tế, điều kiện khắc nghiệt nhất thường xảy ra từ 2:00 đến 4:00 chiều, khi bức xạ mặt trời mạnh nhất, công suất đầu ra của bộ biến tần gần đạt đỉnh và nhiệt độ môi trường cũng ở mức cao nhất. Đây là điều kiện vận hành đồng thời điển hình. Nếu biên độ nhiệt quá nhỏ, máy biến áp có thể phải vận hành ở mức tải giảm.
Khoảng cách rò của sứ xuyên cao áp: Khoảng cách rò cho các dự án tại Ả Rập Xê Út không nên chỉ được chọn dựa trên tên quốc gia. Các khu vực sương muối ven biển, vùng bụi sa mạc và các địa điểm ô nhiễm công nghiệp có thể có các điều kiện nhiễm bẩn rất khác nhau.
Do đó, cách điện bên ngoài nên được lựa chọn theo mức độ nhiễm bẩn thực tế tại địa điểm và các nguyên tắc của IEC 60815. Đối với các hệ thống 33 kV, chúng tôi khuyến nghị xác định rõ khoảng cách rò của sứ xuyên, vật liệu cánh sứ và cơ sở thiết kế mức độ nhiễm bẩn trong giai đoạn thỏa thuận kỹ thuật.
Giao thức giao tiếp: SEC yêu cầu các tín hiệu máy biến áp thông minh—bao gồm nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây, trạng thái rơ-le hơi, áp suất và vị trí bộ điều áp—phải được truyền đến cấp điều khiển trạm thông qua IEC 61850 GOOSE giao tiếp.
Do đó, kiểu thiết bị IED và phiên bản ngăn xếp giao thức cần được xác nhận sớm trong dự án. Nếu để đến giai đoạn chạy thử mới thực hiện, có thể cần thêm cổng chuyển đổi giao thức, làm tăng chi phí và thêm một giao diện cần phải kiểm thử.
Chiến lược dự phòng: Đối với các dự án quan trọng, chúng tôi khuyến nghị nên lưu trữ một máy biến áp dự phòng cùng thiết kế tại công trường, hoặc tối thiểu là một bộ phận hoạt động dự phòng bao gồm cuộn dây và lõi từ.
Đối với các dự án tại Ả Rập Xê Út, khoảng thời gian từ khi xác định sự cố nghiêm trọng của máy biến áp đến khi nhận được thiết bị thay thế từ Trung Quốc có thể dễ dàng vượt quá 45 ngày, tính cả thời gian chuẩn bị sản xuất, vận chuyển đường biển và thông quan. Tổn thất doanh thu trong thời gian ngừng hoạt động kéo dài có thể lớn hơn nhiều so với chi phí mua một máy biến áp dự phòng.
Máy biến áp tăng áp năng lượng mặt trời thường không phải là thiết bị đắt tiền nhất trong nhà máy điện quang điện, nhưng nó có thể trở thành một trong những thành phần tốn kém nhất khi xảy ra sự cố.
Việc ngừng hoạt động ngoài kế hoạch có thể ảnh hưởng đến khả năng vận hành của nhà máy, hiệu suất tuân thủ lưới điện và doanh thu của dự án. Vì lý do đó, chúng tôi ưu tiên coi máy biến áp là một thiết bị dài hạn cần được điều chỉnh cho phù hợp với môi trường địa phương thay vì chỉ cung cấp theo thiết kế danh mục tiêu chuẩn.
Từ việc lựa chọn cấp thép kỹ thuật điện và kiểm soát các đặc tính của dầu cách điện đến khả năng chống tia cực tím của hệ thống sơn phủ bên ngoài, mỗi chi tiết thiết kế cần được xem xét dựa trên các điều kiện vận hành tại Ả Rập Xê Út. Một số biên độ không cần thiết có thể được loại bỏ, trong khi các điểm yếu do môi trường địa phương gây ra cần được gia cố.
Zisheng Electric có thể hỗ trợ lựa chọn máy biến áp, xem xét sai lệch kỹ thuật, tài liệu sản xuất, phối hợp FAT và giao hàng xuất khẩu dựa trên thông số kỹ thuật của dự án, sơ đồ đơn tuyến (SLD) và điều kiện thực tế tại công trường.
Danh mục sản phẩm của chúng tôi bao gồm Máy biến áp ngâm dầu, Biến Áp Gắn Trên Tấm, Máy biến áp gắn cột ， Máy biến áp loại khô,và các thiết bị phân phối điện liên quan.
Nếu bạn đang thực hiện một dự án cụ thể tại Ả Rập Xê Út và không chắc chắn về việc lựa chọn máy biến áp hoặc yêu cầu kỹ thuật, hãy gửi cho chúng tôi các thông số dự án để chúng tôi có thể xem xét trực tiếp. Một số vấn đề kỹ thuật được giải quyết nhanh hơn nhiều thông qua thảo luận kỹ thuật tập trung thay vì thông qua một vòng sửa đổi tài liệu khác.
Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi phản hồi các yêu cầu dự án trong vòng 24 giờ.
Giới thiệu về ZISHENG ELECTRICAL
Zisheng là nhà sản xuất chuyên nghiệp với 19 năm kinh nghiệm Máy biến áp ngâm dầu, Trạm biến áp gọn, Biến Áp Gắn Trên Tấm, Máy biến áp gắn cột và Biến Áp Kiểu Khô. Chúng tôi sở hữu các chứng chỉ ISO/CE/IEC 60076 và TUV Rheinland.
Máy biến áp trải qua kiểm tra FAT và kiểm tra loại nghiêm ngặt, hỗ trợ tùy chỉnh điện áp/công suất. Chào mừng bạn đến tư vấn về Danh mục và Sản phẩm. bạn có thể liên hệ với chúng tôi qua email [email protected].
