Offshore-Windtransformatoren: Angabe der Exporteinheiten für Salzluft, Plattformgewicht und Kabelladung

Letzten Monat landete ein Datenblatt auf unserem Schreibtisch mit 220 kV auf der Hochspannungswicklung und IEC 60076-16 in der Normenspalte. Es kann nicht beides gleichzeitig richtig sein. Die IEC 60076-16 endet bei einer Höchstspannung von 72,5 kV und ihr Anwendungsbereich besagt eindeutig, dass sie den Transformator, der mehrere Turbinen an das Netz anschließt, nicht abdeckt. Es handelte sich um eine Exporteinheit mit der dreifachen Spannung und einem Vielfachen der Masse.

Die Lücke ist nicht akademisch. Eine 220-kV-Einheit, die nach dem falschen Teil der Norm ausgelegt ist, übernimmt die falsche Isolationskoordination, die falsche Testliste und die falschen Impedanzannahmen, und der Fehler tritt normalerweise drei Monate vor der Abfahrt beim beobachteten FAT auf. Offshore-Windenergie ist mittlerweile groß genug, dass diese Pakete von Bedeutung sind:GWECEnde 2025 waren weltweit 92,5 GW ans Netz angeschlossen, davon kamen in diesem Jahr 9,3 GW hinzu, wobei die durchschnittliche neue Turbine bei 10,3 MW lag.

Zwei Maschinen, ein Windpark

Der Turbinentransformator und der Exporttransformator teilen sich eine Fabrik und fast nichts anderes. Eine Turbineneinheit arbeitet mit 0,69 kV oder 1,1 kV auf der Generatorseite und 33 kV oder 66 kV auf der Sammelseite, trägt Konverteroberschwingungen und ein Lastprofil, das sich mit jeder Böe ändert, und passt in das Gewichtsbudget der Gondel. Für diesen Zweck wurde IEC/IEEE 60076-16 geschrieben.

Im Offshore-Umspannwerk wird aus einem Windpark ein Kraftwerk. Dutzende Array-Feeder erreichen 66 kV, und dasOffshore-WindtransformatorDort erhöht sich die Gesamtspannung auf 132 kV oder 220 kV für das Exportkabel oder höher, wenn Entfernung und Verluste dies rechtfertigen. Auf großen Anlagen sind Einheiten von 300 MVA bis 450 MVA üblich, und Tank, Öl und Kühler können zusammen mehr wiegen als das Schaltanlagengebäude daneben.

Hierbei handelt es sich um gewöhnliche Leistungstransformatoren der IEC 60076-1-Familie, dielektrisch geprüft nach 60076-3 und kurzschlussfest nach 60076-5. Nichts in dieser Familie geht von einer durch Böen verursachten zyklischen Belastung aus, und nichts in 60076-16 geht von einem Impulspegel von 220 kV aus. DerGeltungsbereich IEC/IEEE 60076-16-2018geht explizit auf diese Grenze ein, weshalb die richtige Auswahl der Familie die erste Entscheidung in der Spezifikation ist.

Gewicht ist ein elektrischer Parameter auf einer Plattform

An Land kostet ein schwerer Transformator Fracht. Offshore kostet es Stahl, Krankapazität und manchmal auch das Projekt. Jede Tonne auf einer Oberseite wird von der Ummantelung getragen, von einem Kran angehoben, dessen Lasttabelle Monate vor dem Einfrieren der Transformatorkonstruktion festgelegt wird, und durch eine Seereise zurückgehalten, die den Kern, die Buchsen und den Tank in Richtungen belastet, in denen kein seismisches Gehäuse abgedeckt ist.

Wir haben dies letztes Jahr bei einem 132-kV-Paket getroffen. In der Produktionstabelle war die maximale Tragfähigkeit des einzelnen Hubs auf 180 t begrenzt, und unsere standardmäßige 120-MVA-Anordnung lag bei etwa 9 t mehr, wenn man die Transportabstützung mit einbezieht. Eine Verdünnung der Tankwand zur Gewinnung von 3 t hätte den Kurzschlussspielraum verschlungen, also haben wir die Kühlergruppe auf eine eigene Kufe verlegt, die Ölleitungen neu verlegt und die Transportanalyse erneut durchgeführt. Der Aufzug schloss mit 6 t Reserve.

Normalerweise entscheiden drei Hebel darüber, ob eine Einheit passt: Kernflussdichte, Kühlerplatzierung und Ölkonservierung. Eine geringere Flussdichte erhöht die Masse des Kerns, verringert aber den Leerlaufverlust und die Schallleistung, was oft der richtige Handel ist, bei dem es auf die Energieausbeute ankommt. Durch die Trennung der Kühler vom Tank wird die Last verteilt, es werden jedoch mehr Ölvolumen und Verbindungen hinzugefügt, die als ein System auf Dichtheit geprüft werden müssen.

Die Seebefestigung erfordert eine eigene Berechnung und keinen Hinweis auf die allgemeine Anordnung. Der Sachverständige für die Schiffsgarantie fragt nach den Transportbeschleunigungen in g, die vertikal und seitlich angewendet werden, und nach der daraus resultierenden Spannung im Tank, den Kernklemmen und den Buchsenpolstern. Durchführungen über der 145-kV-Klasse werden normalerweise in Kisten transportiert und vor der Küste eingesetzt, und ein am Kai abgelesener Aufprallschreiber ist die günstigste Versicherung im Paket.

Salzige Luft: Hier wird über den Korrosionsschutz von Offshore-Windtransformatoren entschieden

Ein Transformator, der 30 Jahre und 60 km auf See verbringt, ist ein Korrosionsexemplar mit Wicklungen im Inneren.ISO 12944-9wurde für diese Umgebung geschrieben: Es behandelt Schutzanstrichsysteme für Stahl, der der Korrosivitätskategorie CX (Offshore) und der Eintauchkategorie Im4 ausgesetzt ist, und definiert die Labortests, einschließlich zyklischer Alterung und Salzsprühnebel, die ein System überstehen muss, bevor jemand dem Datenblatt glaubt.

In unserer Lackiererei verändern Offshore-Arbeiten den Prozess lange bevor sie die Farbe verändern. Bleche und Profile werden auf Sa 2 1/2 gestrahlt, Kanten und Schweißnähte erhalten eine Streifenbeschichtung, da die Farbe über eine scharfe Ecke dünn zieht, und die Trockenfilmdicke wird in einem festen Raster über jeden Tank, jede Abdeckung und jede Kühlerbank gemessen. Befestigungselemente sind aus rostfreiem 316L-Edelstahl oder feuerverzinkt; Galvanisiertes Zink hat auf einer Plattform nichts zu suchen.

Heizkörper entscheiden über mehr Angebote als Tanks. Kühlrippen sind funktionsbedingt dünn, biegen sich beim Transport und eine perforierte Rippe stellt einen Leckpfad dar, den keine Beschichtung rettet. Wir legen die Dicke des Lamellenmaterials und den Korrosionszuschlag getrennt von der Tankspezifikation fest und testen die Bank vor dem Lackieren und nicht danach auf Dichtheit.

Die Ölkonservierung ist die andere HälfteKorrosionsschutz für Transformatoren. Ein Ausdehnungsgefäß mit Silikagel-Entlüftung saugt bei jeder Bewegung des Ölvolumens feuchte, salzhaltige Luft in den Tank. Ein versiegelter Tank mit einer Stickstoffdecke eliminiert diesen Atemweg und streicht die Entlüftung von der Wartungsliste, die ein Schiff warten muss.

Kabelaufladung verändert die Impedanz und den Tap-Bereich

Ein Exportkabel ist ein Kondensator mit einem Leiter im Inneren. Ein 220-kV-XLPE-Kabel verfügt über genügend Kapazität pro Kilometer, sodass der Ladestrom über 60 km oder 80 km nur einen echten Bruchteil des Nennstroms beträgt. Bei geringer Auslastung, also einer Stromproduktion von 15 % in einer ruhigen Nacht, hebt dieser Strom die Spannung am Offshore-Ende an, und der Abzweigbereich muss diese Spannung absorbieren, ohne das Umspannwerk an Land aus den Grenzen zu bringen.

Deshalb ist einExporttransformatorauf einem großen Array landet oft bei einem Off-Circuit-Tap-Bereich von +/-8 x 1,25 % statt der +/-2 x 2,5 %, die aus einer Anlagenvorlage kopiert wurden. Das ist auch der Grund, warum das Landende normalerweise einen Nebenschlussreaktor trägt: Die Aufnahme von Mvar ist billiger, wenn es Leute gibt, die die Ausrüstung warten.

Die Impedanz erledigt zwei Aufgaben gleichzeitig. Ein höherer %Z begrenzt den NS-Fehlerstrom und schützt 66-kV-Schaltanlagen und Array-Kabel. Ein niedrigerer %Z hält die Regulierung aufrecht und senkt den reaktiven Verbrauch. Bei einem Gerät im Bereich von 12–16 % wird die Zahl durch die Fehlerstudie festgelegt und durch einen harmonischen Impedanzscan überprüft. Kabelkapazität und Streuinduktivität bilden eine Parallelresonanz, und wenn sie in der Nähe einer Oberschwingung des Wandlers liegt, ändert sich das Filterdesign, obwohl dies beim Transformator nicht der Fall ist.

Die Tests, die es wert sind, miterlebt zu werden, bevor die Einheit in See sticht

Eine bezeugte FAT auf einemOffshore-Windtransformatorvon 300 MVA sind zwei Tage in einem Testfeld und eine Woche Reise. Bei den auf der Plattform gefundenen Mängeln handelt es sich um ein Schiff, einen Kran und ein Wetterfenster. Die Wirtschaftlichkeit stimmt nicht überein, doch auf der Zeugenliste versuchen Käufer, Geld zu sparen.

Routine- und Typprüfungen folgen IEC 60076-1 und 60076-3: Wicklungswiderstand, Verhältnis und Vektorgruppe, Leerlauf und Lastverlust, Impedanzspannung, Isolationswiderstand, Netzfrequenzfestigkeit, Blitzimpuls, Teilentladung, Temperaturanstieg und Schallleistung. Zwei verdienen Aufmerksamkeit. Teilentladungen werden anhand des Trends über die gesamte Testdauer und nicht anhand der Anzahl einzelner Durchgänge beurteilt. Der Temperaturanstieg hat nur dann eine Bedeutung, wenn die Kühlstufe angegeben ist, da ONAN-Ergebnisse nicht als ONAF-Fähigkeit verkauft werden können.

Fordern Sie über elektrische Tests hinaus das Beschichtungsprotokoll an: System, Dickenraster, Haftung und ein Salzsprühergebnis aus derselben Charge. Fordern Sie die Seebefestigungsberechnung, den Hebeplan und die NDT-Schweißprotokolle für den Tank an. Eine Lochschweißung vor der Küste wird zu einem Ölglanz, einer Meldung und einer Frage für den Versicherer.

Was eine Fabrik für Öltransformatoren beweisen sollte

Offshore-Pakete werden auf der Grundlage von Beweisen und nicht aufgrund der Sprache der Broschüre vergeben. Wenn ein Käufer eine Prüfung durchführtFabrik für ÖltransformatorenBei Küsten- oder Offshore-Arbeiten sagt der Prüfstand in einer Stunde mehr aus als ein Katalog in einer Woche, und der Papierkram verrät Ihnen, ob der Prüfstand die Wahrheit sagt.

Was sichtbar sein sollte: ein Impulsgenerator, der für die BIL der Einheit dimensioniert ist, ein abgeschirmtes Teilentladungslabor mit Hintergrund unterhalb der Akzeptanzgrenze, Temperaturanstiegsfähigkeit bei voller Nennleistung und eine Lackierstraße, die ein CX-System mit dokumentierter Dicke aufnehmen kann. Dann der langweilige Beweis: ein Kalibrierungsregister, ein Nichtkonformitätsprotokoll mit Abschlüssen und Schweißer, die nach einem anerkannten Standard qualifiziert sind.

Ryan Electric verfügt über eine Produktionsfläche von 120.000 m2 mit mehr als 180 Produktions- und Testgeräten sowie 37 Patenten und verfügt über die UL-, CSA-, IEEE-, DEKRA- und CNAS-Anerkennung. Seit 2023 sind wir Joint-Venture-Partner von Eaton. Unsere 66-kV-, 110-kV- und 161-kV-Leistungstransformatorlinien decken die Klassen ab, die diese Sammel- und Exportsysteme verwenden, und jede Einheit wird mit einem Prüfprotokoll und nicht mit einer Zusammenfassung ausgeliefert.

Der Beschaffungskalender und vier teure Fehler

Ein Exporttransformator befindet sich auf dem kritischen Pfad jedes Offshore-Projekts. Für das Design Freeze sind Kabeldaten, die Fehlerebenenstudie und Zeichnungen der oberen Schnittstellen erforderlich, und diese drei treffen selten im selben Monat ein. Für eine große Einheit ist ein Zeitfenster von 12 bis 18 Monaten von der Bestellung bis zur Lieferung realistisch, und das FAT-Datum sollte eher im oberen Integrationsplan als in der Vertragsunterzeichnung hängen.

• Zitieren einer 220-kV-Exporteinheit gemäß IEC 60076-16.
• Angabe von C5-M, einer Kategorie, die durch die Überarbeitung von ISO 12944 von 2017 ersetzt wurde, anstelle von CX und Im4.
• Überlassen Sie die Seebefestigungs- und Hebepunkte dem Hersteller, nachdem die Tankkonstruktion eingefroren ist.
• Kaufen Sie zum Preis pro MVA und ignorieren Sie Leerlaufverluste.

Dem letzten ist eine Nummer beigefügt. Ein Unterschied von 100 kW im Leerlaufverlust bei einer Einheit mit 4.200 äquivalenten Volllaststunden pro Jahr beträgt 420 MWh pro Jahr und etwa 12,6 GWh über eine 30-jährige Lebensdauer. Bei 90 USD/MWh sind das etwa 1,1 Millionen USD vor jedem CO2-Preis, was mehr ist als die Spanne zwischen den meisten konkurrierenden Angeboten.

Wenn ein Offshore- oder Küstenpaket noch auf dem Entwurfsbrett ist, senden Sie uns das Single-Line-Diagramm, die Exportspannung und die Transportgrenzen. Wir senden einen Geräteumschlag, eine Verlustschätzung und einen Testplan zurück, die direkt an den Schiffsgarantiegutachter weitergeleitet werden können. Schreiben Sie an Ryancustomerinquiry@redq.cc oder nutzen Sie das Kontaktformular unter ryan-transformers.com.

Über den Autor: Der Autor ist leitender Anwendungsingenieur bei Ryan Electric und arbeitet an ölgefüllten Leistungstransformatoren für Versorgungs-, erneuerbare und Industrieprojekte. Er unterstützt Offshore- und Küsten-Umspannwerkspakete durch Spezifikationsprüfung, Design-Freeze und bezeugte Werkstests und schreibt über die Details, die darüber entscheiden, ob eine Einheit ordnungsgemäß in Betrieb genommen wird oder zu einem Anspruch wird.