Il mese scorso è arrivata sulla nostra scrivania una scheda tecnica con 220 kV sull'avvolgimento ad alta tensione e IEC 60076-16 nella colonna degli standard. Non possono avere ragione entrambi allo stesso tempo. La norma IEC 60076-16 si ferma alla tensione massima di 72,5 kV e il suo campo di applicazione dice chiaramente che non copre il trasformatore che collega diverse turbine alla rete. Ciò che veniva citato era un'unità di esportazione, tre volte quella tensione e molte volte la massa.
Il divario non è accademico. Un'unità da 220 kV progettata contro la parte sbagliata dello standard eredita il coordinamento dell'isolamento sbagliato, l'elenco dei test sbagliato e le ipotesi sbagliate sull'impedenza, e l'errore solitamente emerge al FAT assistito, tre mesi prima della partenza. L’energia eolica offshore è ora abbastanza grande perché questi pacchetti abbiano importanza:GWECalla fine del 2025 contavano 92,5 GW connessi alla rete in tutto il mondo, di cui 9,3 GW aggiunti quell’anno, con una nuova turbina media pari a 10,3 MW.
Due macchine, un parco eolico
Il trasformatore a turbina e il trasformatore per l'esportazione condividono una fabbrica e quasi nient'altro. Un'unità turbina funziona a 0,69 kV o 1,1 kV sul lato generatore e a 33 kV o 66 kV sul lato raccolta, trasporta armoniche del convertitore e un profilo di carico che si muove ad ogni raffica e si inserisce in un budget di peso della gondola. Questo è lo scopo per cui è stata scritta la norma IEC/IEEE 60076-16.
La sottostazione offshore è il luogo in cui un parco eolico diventa una centrale elettrica. Decine di alimentatori di array arrivano a 66 kV e iltrasformatore eolico offshorel'aggregato aumenta fino a 132 kV o 220 kV per il cavo di esportazione, o superiore laddove la distanza e le perdite lo giustificano. Le unità da 300 MVA a 450 MVA sono normali su grandi array e il serbatoio, l'olio e i radiatori insieme possono pesare più dell'edificio del quadro accanto.
Si tratta di normali trasformatori di potenza della famiglia IEC 60076-1, testati dielettrici secondo 60076-3 e resistenti a cortocircuito secondo 60076-5. Niente in quella famiglia presuppone un carico ciclico guidato da raffiche e niente in 60076-16 presuppone un livello di impulso di 220 kV. ILAmbito di applicazione IEC/IEEE 60076-16-2018è esplicito riguardo a quel confine, motivo per cui mettere a posto la famiglia è la prima decisione nelle specifiche.
| Parametro | Unità step-up a turbina | Unità di esportazione della sottostazione offshore |
|---|---|---|
| Voltaggio | 0,69-1,1 kV / 33-66 kV | 66 kV / 132-220 kV |
| Valutazione tipica | 5-15 MVA | 150-450 MVA |
| Norma vigente | IEC/IEEE 60076-16 | IEC 60076-1, -3, -5 |
| Dovere | Ciclico guidato da raffiche, armoniche del convertitore | Aggregato agricolo, ciclismo quotidiano, ricarica via cavo |
Il peso è un parametro elettrico su una piattaforma
A terra, un trasformatore più pesante costa il trasporto. Offshore costa acciaio, capacità della gru e talvolta il progetto. Ogni tonnellata sulla parte superiore viene trasportata dal rivestimento, sollevata da una gru il cui diagramma di carico è fissato mesi prima che il progetto del trasformatore venga congelato, e trattenuta durante un viaggio per mare che sottopone il nucleo, le boccole e il serbatoio a sollecitazioni in direzioni in cui non sono presenti coperture sismiche.
Lo abbiamo riscontrato su un pacchetto da 132 kV l'anno scorso. La tabella del cantiere di fabbricazione prevedeva un limite massimo per il sollevamento singolo a 180 t, mentre la nostra disposizione standard da 120 MVA ammontava a circa 9 t in più una volta conteggiato il rinforzo del trasporto. Assottigliare la parete del serbatoio per recuperare 3 t avrebbe consumato il margine di cortocircuito, quindi abbiamo spostato il gruppo radiatore sul proprio pattino, reindirizzato le tubazioni dell'olio e rieseguito l'analisi del trasporto. L'ascensore ha chiuso con 6 t di riserva.
Solitamente tre leve decidono se un'unità è adatta: densità del flusso centrale, posizionamento del radiatore e conservazione dell'olio. La minore densità di flusso aggiunge massa centrale ma riduce la perdita a vuoto e la potenza sonora, spesso il giusto compromesso in cui il prodotto è la resa energetica. La separazione dei radiatori dal serbatoio distribuisce il carico ma aggiunge volume di olio e giunti che devono essere sottoposti a test di tenuta come un unico sistema.
Il fissaggio in mare necessita di calcoli propri, non di una nota sulla sistemazione generale. Il perito della garanzia marittima chiederà le accelerazioni di trasporto in g, applicate verticalmente e lateralmente, e la sollecitazione risultante nel serbatoio, nei morsetti del nucleo e nei cuscinetti delle boccole. Le boccole di classe superiore a 145 kV normalmente viaggiano imballate e vanno in mare aperto, e un registratore di impatti letto in banchina è l'assicurazione più economica del pacchetto.
Aria salata: dove viene decisa la protezione dalla corrosione dei trasformatori eolici offshore
Un trasformatore che trascorre 30 anni a 60 km in mare è un esemplare di corrosione con avvolgimenti all'interno.ISO 12944-9è stato scritto per questo ambiente: copre i sistemi di verniciatura protettiva per acciaio esposto alla categoria di corrosività CX (offshore) e alla categoria di immersione Im4, e definisce i test di laboratorio, tra cui l'invecchiamento ciclico e la nebbia salina, a cui un sistema deve sopravvivere prima che qualcuno creda alla scheda tecnica.
Nel nostro reparto di verniciatura, il lavoro offshore cambia il processo molto prima che cambi il colore. Piastra e profili vengono sabbiati a Sa 2 1/2, i bordi e le saldature ricevono uno strato di strisce perché la vernice si assottiglia sopra un angolo acuto e lo spessore del film secco viene misurato su una griglia fissa su ogni serbatoio, copertura e bancata del radiatore. Gli elementi di fissaggio sono in acciaio inossidabile 316L o zincati a caldo; lo zinco galvanizzato non trova posto su una piattaforma.
I radiatori decidono più preventivi rispetto ai serbatoi. Le alette di raffreddamento sono sottili per funzione, si flettono durante il trasporto e un'aletta perforata costituisce un percorso di perdita che nessun rivestimento salva. Impostiamo lo spessore delle alette e la tolleranza alla corrosione separatamente dalle specifiche del serbatoio e testiamo le perdite della bancata prima della verniciatura anziché dopo.
La conservazione dell'olio è l'altra metàprotezione dalla corrosione del trasformatore. Un conservatore con sfiato in gel di silice aspira aria umida e carica di sale nel serbatoio ogni volta che il volume dell'olio si sposta. Un serbatoio sigillato con una coperta di azoto rimuove quel percorso di respirazione e toglie lo sfiatatoio da un elenco di manutenzione che necessita di una nave da riparare.
La ricarica tramite cavo modifica l'impedenza e l'intervallo di presa
Un cavo di esportazione è un condensatore con un conduttore all'interno. Un cavo XLPE da 220 kV trasporta una capacità per chilometro sufficiente affinché su 60 o 80 km la corrente di carica diventi una frazione reale della corrente nominale. A carico leggero, un'azienda agricola che produce il 15% in una notte tranquilla, quella corrente aumenta la tensione all'estremità offshore e la portata del rubinetto deve assorbirla senza spingere fuori dai limiti la sottostazione onshore.
Ecco perché untrasformatore di esportazionesu un array di grandi dimensioni spesso si ottiene un intervallo di presa fuori circuito di +/-8 x 1,25% anziché +/-2 x 2,5% copiato da un modello di impianto. Questo è anche il motivo per cui l’estremità terrestre di solito trasporta un reattore shunt: la carica di assorbimento di Mvar è più economica dove ci sono persone per la manutenzione dell’attrezzatura.
L'impedenza svolge due lavori contemporaneamente. %Z più elevato limita la corrente di guasto BT e protegge i quadri da 66 kV e i cavi di array; la %Z inferiore mantiene la regolazione e riduce il consumo reattivo. Su un'unità compresa nell'intervallo 12-16%, lo studio dei guasti imposta il numero e una scansione dell'impedenza armonica lo controlla. La capacità del cavo e l'induttanza di dispersione formano una risonanza parallela e, se si trova vicino a un'armonica del convertitore, il design del filtro cambia anche se il trasformatore non cambia.
I test a cui vale la pena assistere prima che l'unità salpi
Un FAT assistito su untrasformatore eolico offshoredi 300 MVA sono due giorni in una baia di prova e una settimana di viaggio. Un guasto riscontrato sulla piattaforma è una nave, una gru e una finestra meteorologica. Gli aspetti economici non sono vicini, ma la lista dei testimoni è quella in cui gli acquirenti cercano di risparmiare denaro.
Le prove di routine e di tipo seguono le norme IEC 60076-1 e 60076-3: resistenza dell'avvolgimento, rapporto e gruppo vettoriale, perdita a vuoto e a carico, tensione di impedenza, resistenza di isolamento, tenuta alla frequenza industriale, impulso di fulmine, scarica parziale, aumento di temperatura e potenza sonora. Due meritano attenzione. La scarica parziale viene giudicata in base all'andamento durante l'intera durata del test, non al numero di passaggi. L’aumento della temperatura significa qualcosa solo con la fase di raffreddamento dichiarata, perché i risultati ONAN non possono essere venduti come capacità ONAF.
Oltre alle prove elettriche, richiedere la documentazione del rivestimento: sistema, spessore griglia, adesione e nebbia salina risultano dallo stesso lotto. Richiedi il calcolo dell'ancoraggio a mare, il piano di sollevamento e i registri CND delle saldature sul serbatoio. Una saldatura stenopeica offshore diventa una lucentezza petrolifera, una notifica e una domanda per l'assicuratore.
Cosa dovrebbe dimostrare una fabbrica di trasformatori a bagno d'olio
I pacchetti offshore vengono assegnati in base alle prove, non al linguaggio della brochure. Quando un acquirente controlla unfabbrica di trasformatori immersi in olioper i lavori costieri o offshore, l'area di prova dice di più in un'ora di quanto dica un catalogo in una settimana, e la documentazione ti dice se l'area di prova dice la verità.
Cosa dovrebbe essere visibile: un generatore di impulsi dimensionato per il BIL dell'unità, un laboratorio schermato a scarica parziale con fondo inferiore al limite di accettazione, capacità di aumento della temperatura a pieno regime e una linea di verniciatura che può contenere un sistema CX con spessore documentato. Poi le prove noiose: un registro di calibrazione, un registro delle non conformità con chiusure e saldatori qualificati secondo uno standard riconosciuto.
Ryan Electric gestisce 120.000 m2 di spazio produttivo con oltre 180 set di apparecchiature di produzione e test e 37 brevetti e detiene il riconoscimento UL, CSA, IEEE, DEKRA e CNAS. Dal 2023 siamo partner della joint venture Eaton. Le nostre linee di trasformatori di potenza da 66 kV, 110 kV e 161 kV coprono le classi utilizzate da questi sistemi di raccolta ed esportazione e ogni unità viene spedita con un registro dei test anziché un riepilogo.
Il calendario degli appalti e quattro costosi errori
Un trasformatore di esportazione si trova sul percorso critico di ogni progetto offshore. Il congelamento della progettazione richiede i dati dei cavi, lo studio del livello di guasto e i disegni dell'interfaccia della parte superiore, e questi tre raramente arrivano nello stesso mese. Una finestra dall'ordine alla consegna di 12-18 mesi è realistica per una grande unità e la data FAT dovrebbe dipendere dal programma di integrazione della parte superiore piuttosto che dalla firma del contratto.
- Citazione di un'unità di esportazione da 220 kV rispetto alla norma IEC 60076-16.
- Specificando C5-M, categoria sostituita dalla revisione 2017 della ISO 12944, al posto di CX e Im4.
- Lasciare i punti di fissaggio e sollevamento in mare al costruttore dopo che il progetto del serbatoio è stato congelato.
- Acquistare in base al prezzo per MVA e ignorare le perdite a vuoto.
Quest'ultimo ha un numero allegato. Una differenza di 100 kW nella perdita a vuoto, su un'unità che registra 4.200 ore equivalenti a pieno carico all'anno, è di 420 MWh all'anno e circa 12,6 GWh su una vita di 30 anni. A 90 USD/MWh si tratta di circa 1,1 milioni di dollari prima di qualsiasi prezzo del carbonio, che è superiore allo spread tra la maggior parte delle offerte concorrenti.
Se un pacco offshore o costiero è ancora in fase di progettazione, inviateci lo schema unifilare, la tensione di esportazione e i limiti di trasporto. Restituiremo una busta dell'unità, una stima della perdita e un piano di test che potrà essere inviato direttamente al perito della garanzia marittima. Scrivi a Ryancustomerinquiry@redq.cc o utilizza il modulo di contatto su ryan-transformers.com.
Informazioni sull'autore: L'autore è un ingegnere applicativo senior presso Ryan Electric, che lavora su trasformatori di potenza immersi in olio per progetti di servizi pubblici, rinnovabili e industriali. Supporta i pacchetti di sottostazioni offshore e costiere attraverso la revisione delle specifiche, il congelamento della progettazione e i test di fabbrica assistiti, e scrive sui dettagli che decidono se un'unità viene messa in servizio in modo pulito o diventa un reclamo.
