Valg af transformator til minedriftsprojekter: Nøgleovervejelser for afkoblede og nettilsluttede lokaliteter

Pålideligheden af en mines strømforsyning påvirker direkte produktionssikkerheden og driftseffektiviteten. Som kerneudstyr til strømomdannelse afgør valget af transformator, om hele gruvedriftens strømsystem kan fungere stabilt. Off-grid-gruver og grid-connected-gruver adskiller sig imidlertid grundlæggende i strukturen af deres strømkilder og deres driftsmodus, så fokuset ved valg af transformator er også forskelligt. I denne artikel beskrives de væsentligste overvejelser ved valg af transformator for begge scenarier.

En off-grid-gruve er fuldstændigt afhængig af egne strømkilder (dieselmotorer, solcelleanlæg, energilagre osv.) og er ikke tilsluttet et eksternt elnet. Systemet skal derfor selv balancere strømproduktion og -forbrug i realtid. Dette betyder, at svingninger i strømforsyningen (f.eks. den intermittente karakter af solcelleanlæg) skal absorberes af energilagre og reservegeneratorer, hvilket stiller højere krav til leveringens kontinuitet.

En nettilsluttet mine er forbundet til et eksternt net, som fungerer som den primære eller reservekraftkilde og leverer stabil spænding og frekvensstøtte. Minen kan købe strøm fra nettet og, hvor forholdene tillader det, delvist selvforsegle gennem vedvarende energiproduktion. Systemet er relativt mindre komplekst.

Valget af transformer til et minedriftsprojekt afhænger først og fremmest af sikkerhedsniveauet på installationsstedet.

Olieinddybte Transformer bruger isolerende olie som kølings- og isoleringsmedium. De har en stærk overbelastningskapacitet og god varmeafledning, hvilket gør dem velegnede til overfladeunderstationer, åbne gravninger og andre lavrisiko-, højbelastnings-scenarier. Deres indkøbsomkostning er lavere, teknologien er moden, og de giver god værdi under forhold med høj kapacitet for strømforsyning. Imidlertid indebærer isolerende olie risici for utætheder og brand, og oliekvaliteten skal testes regelmæssigt.

Tørre transformere brug epoxyharpiksstøbning til isolering. De er oliefrie, flammehæmmende og ildfast, hvilket gør dem velegnede til underjordiske tunneller og arbejdsflader med høj gaskoncentration eller indskrænkede rum. De er kompakte, støv- og fugttætte samt kræver simpel rutinemæssig vedligeholdelse. Ulemperne er en højere købspris og en relativt begrænset overlastkapacitet.

Kort sagt: vælg først tørtype til højrisiko-underjordiske områder; olieopfyldte transformatorer kan foretrækkes til overflade- og lavrisikoscenarier.

Sammenligning af anvendelsesscenarier

1. Tilpasning til svingninger i strømkilden. Afgrænsede systemer bruger ofte en hybride opstilling af «dieselgenerator + solcelle-PV + energilagring». PV-udgangssvingninger og dieselgeneratorens start/sluk forårsager begge spændings- og frekvensændringer. Transformatoren skal have god spændningsreguleringskapacitet; en model med belastningsafhængig tapændring kan være nødvendig for at håndtere hyppige ændringer på strømkildesiden.

2. Evne til at klare belastningspåvirkning. Store udstyr som knusere og kuglemøller i miner kan trække startstrømme, der er flere gange større end den nominelle værdi. Et afgrænset system mangler den kraftige støtte fra et offentligt net, så transformatoren skal have tilstrækkelig overlastmargin for at forhindre en kraftig spændningsfald, når motorer starter. Kapacitetsvalg skal baseres på den faktiske belastningskurve med rimelig reserve.

3. Transport- og installationsforhold. Veje til fjerne minedriftsområder er ofte begrænsede, så transformertransportens dimensioner, vægt og muligheden for montering på stedet skal overvejes. Hvis en olieimmergeret transformer kræver påfyldning af olie på stedet, skal udstyr til oliebehandling og de nødvendige betingelser også være til rådighed.

1. Kortslutningsimpedansmatchning. Under nettilsluttet drift skal transformatorens kortslutningsimpedans koordineres med nettets kortslutningskapacitet. For lav impedans fører til for stor kortslutningsstrøm, hvilket øger byrden på afbrydere; for høj impedans medfører for stor spændingsregulering. Verifikationen skal baseres på den forventede kortslutningsstrøm, som nettet leverer.

2. Valg af vektorguppe. Minedriftsbelastninger omfatter en stor andel af ikke-lineær udstyr såsom frekvensomformere og bløde startanlæg, og harmoniske strømme kan påvirke transformatorernes drift. Dyn11-vektorgruppen yder bedre beskyttelse mod harmoniske svingninger og dæmper tredje harmoniske mere effektivt end Yyn0-gruppen, hvilket gør den til et almindeligt valg for distributionstransformatorer i nettilsluttede miner.

3. Kapacitetskonfiguration og udvidelsesreserve. Belastningsvækst i nettilsluttede miner er normalt relativt stabil. Transformatorernes kapacitet kan indstilles til »faktisk belastning × 1,1–1,2«, mens udvidelsesplads reserveres ud fra minens livscyklusplan. For store kapaciteter øger ikke blot tomgangstabene, men sænker også effektfaktoren.

For Nishbash-kulbruddets projekt i Usbekistan leverede vi tre 3150 kVA, 10/0.4 kV nettilsluttede europæiske præfabrikerede transformatorstationer. Højspændingsafbrydere, lavspændingsafbrydere og transformatorer inden i disse stationer blev alle fremstillet af os. For dette projekt tilpassede vi den mest velegnede udstyr ud fra kulbruddets egne karakteristika samt andre faktorer såsom højde over havet, temperatur og luftfugtighed.

Især ved valg af transformator tog vi fuldt hensyn til kravene til nettilslutning. Vi valgte endeligt en oliefyldt transformator med vektorgruppe Dyn11 og 5,5 % kortslutningsimpedans.

Q1. Skal minedriftstransformatorer altid være specielt designet til minedrift?

I underjordiske områder og områder med eksplosionsrisiko skal der anvendes transformatorer, der opfylder minedriftsstandarder (almindelig type eller eksplosionssikker type). Overflade-transformatorstationer og åbne gruber kan bruge standard industrielle transformatorer, men de skal opfylde krav til beskyttelsesgrad og korrosionsbestandighed.

Q2. Kan tørr-type transformere bruges udendørs?

Ja, men en beskyttende omkapsling er påkrævet, typisk med en beskyttelsesgrad på IP54 eller højere, for at håndtere støv og fugtige forhold.

Q3. Kan en afgrænset mine bruge en standard nettilsluttet transformator?

Ikke anbefalet. Strømkildens egenskaber og belastningens påvirkningsmønstre i afgrænsede systemer adskiller sig markant fra dem i nettilsluttede systemer. En standard nettilsluttet transformator kan måske ikke klare hyppige spændingsudsving og strømstød ved start.

Den centrale forskel mellem transformatorvalg til afgrænsede og nettilsluttede miner ligger i de forskellige krav, som strømkildens egenskaber stiller til transformatorerne . Uden for el-nettet kræver scenarier transformatorer med stærkere spændingsanpasselse og større overlastmargin for at håndtere svingninger fra selvbyggede strømkilder og belastningspåvirkninger. Ved tilslutning til el-nettet lægges der større vægt på impedansmatchning, harmonisk undertrykkelse og samordning med netbeskyttelsen. I begge scenarier er sikkerhedsniveauet altid den første adskillelseslinje mellem oliefyldte og tørre transformatorer – tørre transformatorer under jorden, oliefyldte på overfladen. Dette princip ændres ikke, uanset om minen er uden for el-nettet eller tilsluttet el-nettet.