Stacje transformatorowe do farm fotowoltaicznych

Odnawialne źródła energii już dawno przestały być czymś egzotycznym i zajmują co raz pewniejszą pozycję w krajowym systemie energetycznym Polski, szczególnie fotowoltaika. Powyższe potwierdza informacja od Polskich Sieci Elektroenergetycznych głosząca, że moc zainstalowana w fotowoltaice w KSE na dzień 1 grudnia 2019 r. wyniosła 1185,7 MW (wzrost o 163,8 proc. rok do roku). [1]

Jak w przypadku każdej jednostki wytwórczej farmy fotowoltaiczne wymagają instalacji elektrycznej podłączającej ją do sieci elektroenergetycznej. Ze względu na małą moc jednostkową takich farm oraz fakt, że najczęściej zlokalizowane są one ?w czystym polu?, integralnym elementem instalacji elektrycznej farm stały się wolnostojące stację transformatorowe w obudowie betonowej (w tym stację oferowane przez EG System). Do tego jest kilku powodów:
– mobilność – wolnostojące stację transformatorowe dostarczane są prawie kompletne, z ewentualnym podziałem na elementy, które są do złożenia na miejscu (ze względu na ograniczenia nakładane przez transport),
– prosty montaż i obsługa – nie wymagane są skomplikowane prace budowlane, a posadowienie wymaga tylko odpowiednie przygotowanego podłoża i sprzętu dźwigowego,
– elastyczność rozwiązań– szeroka gama dostępnych wymiarów i konfiguracji stacji pozwala na dopasowanie do potrzeb Klienta oraz wymogów zakładu energetycznego.

Schematycznie miejsce stacji transformatorowej w układzie instalacji elektroenergetycznych farmy fotowoltaicznej pokazane jest na rys. 1. Jak widać na powyższym rysunku stację transformatorową można podzielić na trzy podstawowe ?sekcje?: stronę nN, transformator nN/SN oraz stronę SN.

Ponieważ farmy fotowoltaiczne mogą być o różnych mocach, stosuje kilka standardowych podejść koncepcyjnych do sposoby wykonania stacji transformatorowej(-ych):

• Farmy fotowoltaiczne o mocy do 1,6MW – stacja jednotransformatorowa z transformatorem o mocy do 1600kVA,
• Farmy fotowoltaiczne o mocy do 2MW – stacja jednotransformatorowa z transformatorem o mocy do 2000kVA lub stacja dwutransformatorowa z dwoma transformatorami do 1000kVA każdy,
• Farmy fotowoltaiczne o mocy do 4MW – stacja dwutransformatorowa z dwoma transformatorami do 2000kVA każdy lub zespół z dwóch stacji dwutransformatorowych z czterema transformatorami do 1000kVA każdy,
• Farmy fotowoltaiczne o mocy od 4MW – zespół z dwóch stacji dwutransformatorowych z czterema transformatorami od 1000kVA każdy.

W przypadku farm o dużych mocach – są one rzadziej spotykane i zalecamy bezpośredni kontakt z naszym działem technicznym w celu dobrana odpowiedniego rozwiązania. Ogólnie w przypadku dużych mocy (powyżej 4MW) jednym z rozwiązań jest stosowanie zespołu stacji. W takim przypadku istnieje możliwość montażu stacji w różnych częściach działki i skrócenia kabli nN do inwerterów, lepsze możliwości sterowania stacją oraz łatwiejsza obsługa ze względu na podział na kilka transformatorów i rozdzielnic. Koncepcja wykonania połączenia zespołu pokazana jest na rysunku 2.

Ze względu na wymagania stawiane przez Klientów oraz zakłady energetyczne przedstawienie typowej stacji transformatorowej do instalacji fotowoltaicznym jest dość ciężkim zadaniem. Poniżej postaramy się opisać podstawowe elementy oraz możliwe niestandardowe rozwiązania stosowane w takich stacjach.

Strona nN

Ponieważ panele fotowoltaiczne są źródłami prądu stałego ich podłączenie do sieci elektroenergetycznej, która przesyła prąd przemienny (nie biorąc pod uwagę linię prądu stałego wysokich napięć) wymaga stosowania falowników (inwerterów). Urządzenia te są później pojedynczo lub w grupach podłączane do rozdzielnicy głównej w stacji transformatorowej (RGnN). W zależności od napięcia znamionowego stosowanych inwerterów (najbardziej rozpowszechnione są 400V i 800V) napięcie znamionowe RGnN również się różni. Przykładowe schematy rozdzielnic głównych dla obu napięć przedstawione są na rysunkach 3 i 4.

Jak widać z powyższych schematów podstawową różnicą pomiędzy rozdzielnicami o różnych napięciach znamionowych jest obecność transformatora potrzeb własnych (TPW) w rozdzielnicy o napięciu 800V. Służy on do obniżenia napięcia międzyfazowego do 400V, co pozwala na zasilanie urządzeń potrzeb własnych stacji z odpowiedniego dla nich napięcia fazowego 230V. W zależności od mocy potrzeb własnych dobierany jest TPW o odpowiedniej mocy znamionowej (zazwyczaj do 6,3kVA). Standardową praktyką jest stosowanie na odpływach do falowników rozłączników bezpiecznikowych, na zasilaniu zaś – wyłączników z napędem silnikowym, co pozwala na sterowanie wyłącznikiem z poziomu zabezpieczenia stacji (który opisany jest później). Z przed wyłącznika zasilana jest sekcja potrzeb własnych AC, z której zasilane są m. in. gniazda, oświetlenie, przekaźnik do kontroli temperatury transformatora, urządzenia zainstalowane w tablice licznikowej oraz siłownia prądu stałego. Ilośc rozłączników do inwerterów oraz odbiorów do potrzeb własnych stacji może być zmieniona odpowiednio do wymagań Klienta, a po stronie odpływów do inwerterów może być zostawiona rezerwa miejsca na ewentualną rozbudowę o dodatkowe rozłączniki. Jak pokazane jest na rysunku 2 w rozdzielnicy RGnN istnieje również możliwość montażu ogranicznika przepięć (który chroni część nN przed skutkami przepięć atmosferycznych i łączeniowych). Opcjonalnie możliwe zainstalowanie w rozdzielnicy przekładników prądowych do układu pomiaru po stronie nN.
Z sekcji RPW AC rozdzielnicy głównej zasilana jest rozdzielnica potrzeb własnych prądu stałego (RPW DC), która również się nazywa siłownią prądu stałego. Służy ona do zasilania urządzeń wymagających prąd stały – np. napędów silnikowych, zabezpieczenie stacji oraz modułu komunikacyjnego. W rozdzielnicy tej oprócz odpływów do urządzeń znajdują się również baterie akumulatorów pozwalające na zasilanie układów sterowniczych po zaniku napięcia ze źródła podstawowego. Spotykane są również rozwiązania, w których siłownia prądu stałego jest łączona z szafką telemechaniki, w której montowany jest moduł komunikacji. Standardowym rozwiązaniem jest stosowanie napięcia stałego o wartości 24V, ale możliwe jest również wykonanie siłowni o napięciu 220VDC.
Tablica pomiarowa, która również zasilana jest z RPW AC służy do montażu urządzeń pomiarowych (takich jak l liczniki, moduł komunikacji pomiędzy urządzeniami w stacji, zegar itd.) oraz listwy zaciskowej i gniazd serwisowych. W zależności od wymagań zakładu energetycznego oraz obecności lub braku pomiaru kontrolnego, tablica przygotowywana jest do odpowiedniej ilości liczników.
Na rys. 5 przedstawiona są widoki rozdzielnicy nN oraz siłowni DC i tablicy pomiarowej (połączonych w jednej obudowie) do schematu na rys. 3.

Często również w stacji transformatorowej przewiduje się rezerwa miejsca fizyczna oraz rezerwa odpływowa potrzeb własnych do szafki CCTV (albo szafki IT). Służy ona do monitoringu parametrów nieelektrycznych (np. pogodowych), stanu poszczególnych urządzeń oraz do obsługi systemu telewizji przemysłowej (CCTV). Dostarcza i montuje ją firma odpowiedzialna za systemy monitoringu. Niekiedy zakłady energetyczne również wymagają przesyłania do nich np. danych pogodowych i stanach inwerterów, co wtedy wiąże się z koniecznością zapewnienia przesyłu takich danych.

Strona SN

Strona SN przestawiona jest rozdzielnicą SN. Dwie podstawowe konfigurację pól rozdzielnic SN, które stosowane są w stacjach do farm fotowoltaicznych, przedstawione są na rys. 6 i 7. Różnica polega w dodatkowym polu transformatora potrzeb własnych, które jest rozwiązaniem alternatywnym do zasilania sekcji potrzeb własnych AC stacji.

Podstawą różnicą oprócz ilości pół (ze względu na obecność/brak pola TPW) jest również układ pól. Na rysunku 6 pole wyłącznikowe jest polem transformatorowym ,na rysunku 7 zaś jest ot pole liniowe. Wybór układu pól zależy od wymagań zakładu energetycznego oraz mocy stosowanego transformatora. jednak standardem jest występowanie chociażby jednego pola wyłącznikowego z zabezpieczeniem (w tym niezbędnymi do jego pracy przekładnikami) oraz napędem silnikowym. Pozwala to na sterowanie zdalne całą elektrownią.
Wspominane w kilku miejscach wyżej zabezpieczenie służy do zapewnienia ochrony urządzeń po stronie Klienta zarówno jak i zakładu energetycznego oraz monitorowania parametrów elektrycznych i sterowania całą stacją. Ostatnie konieczne jest ze względu na to, że system elektroenergetyczny jest ciągle bilansowany, więc jednostka odpowiadająca za bilansowanie ma mieć podstawowe informację o źródle wytwórczym oraz posiadać możliwość sterowania onym. W zależności od wymagań zakładu do pomiaru parametrów elektrycznych do zabezpieczenia wykorzystywane są albo dedykowane przekładniki (jak na rys. 7 – wtedy przekładniki w polu pomiarowym służą wyłącznie do pomiaru rozliczeniowego) albo przekładniki z podwójnym lub potrójnym uzwojeniem wtórnym (jak przekładniki napięciowe w polu 3 na rysunku 6). Jako zabezpieczenia stosowane są modele typu e2tango (np. seria 800), uReg lub Ex-BEL_WT (albo inne zgodnie z wymaganiami Klienta).
Ponieważ pole wyłącznikowe jest rozwiązaniem drogim zazwyczaj stosowane jest tylko jedno w całej rozdzielnicy, a inne pola są polami z rozłącznikiem. W przypadku pola transformatorowego z rozłącznikiem standardem jest stosowania zabezpieczenia w postaci podstawy bezpiecznikowej SN.
W rozdzielnicy SN w polu liniowym często jest montowany ogranicznik przepięć, a w każdym polu z rozłącznikiem (odłącznikiem) i uziemnikiem w celu uniemożliwienia błędnych operacji stosowana jest system blokad.
Na rys. 8 pokazana jest przykładowa elewacja rozdzielnicy SN schemat której pokazany jest na rys. 6.

Powyżej postaraliśmy się opisać typowe stacje transformatorowe do farm fotowoltaicznych i przedstawić Państwu wszelkie podstawowe informacje. Dodatkowe informację są dostępne na naszej stronie poświęconej stacjom dla fotowoltaiki. Jednocześnie ze względu na różne wymagania stawiane temu rodzaju stacji oraz niemożliwość przekazania całej wiedzy i doświadczenia które posiadamy, zapraszamy do bezpośredniego kontaktu wygodną Państwu drogą.