L'intégration à grande échelle des énergies renouvelables pose des conditions de fonctionnement difficiles sans précédent pour les équipements de détection de puissance moyenne tension, poussant le secteur de l'électricité à mettre à niveau les composants de base du transformateur de courant. Un projet de station de collecte photovoltaïque centralisée de 200 MW dans le nord-ouest de la Chine a achevé sa connexion complète au réseau au dernier trimestre, où tous les transformateurs de courant de mesure et de protection inférieurs à 35 kV adoptent des solutions personnalisées à base de fer nanocristallin. Un an de données de tests pré-opérationnels confirme que ce matériau magnétique peut résister efficacement aux interférences harmoniques, supprimer l'échauffement du noyau et maintenir un échantillonnage de courant ultra-précis sous une sortie photovoltaïque variable, devenant ainsi un support matériel de base pour réaliser une connexion au réseau stable à haute efficacité des nouvelles centrales énergétiques.
Pour clarifier la logique technique derrière la sélection des matériaux de ce projet, l'industrie doit d'abord clarifier l'environnement de fonctionnement différencié du transformateur de courant dans les nouvelles stations de collecte d'énergie par rapport aux réseaux de distribution urbains conventionnels. Les onduleurs photovoltaïques génèrent de riches composants harmoniques haute fréquence lors de la conversion de puissance ; Les changements d'irradiation solaire tout au long de la journée provoquent des fluctuations drastiques du courant primaire en dessous de 35 kV du transformateur de courant, de la charge légère à l'aube à la pleine charge à midi, et de fréquentes surtensions transitoires de courant se produisent pendant la commutation de la couverture nuageuse. Le CT à noyau en acier au silicium conventionnel subit une grave atténuation de la perméabilité magnétique sous l'effet d'une superposition harmonique, entraînant une distorsion des signaux de sortie secondaires. Des données d'échantillonnage déformées entraîneront non seulement une mesure inexacte de la production d'énergie, mais induiront également en erreur les dispositifs de protection connectés au réseau qui déclencheront de faux déclenchements, entraînant une perte de production d'énergie et réduisant le rendement global élevé de la station photovoltaïque. Pour les nouveaux projets énergétiques de grande capacité, de tels risques cachés liés aux équipements entraîneront des millions de yuans de pertes économiques tout au long du cycle d'exploitation, soulignant la demande urgente de matériaux de noyau magnétique améliorés.
Le noyau de fer nanocristallin répond à plusieurs problèmes du nouveau transformateur de courant moyenne tension grâce à ses propriétés intrinsèques de matériau magnétique doux. Différente de la structure de stratification discontinue des tôles d'acier au silicium, la structure d'enroulement toroïdal intégrale du ruban nanocristallin élimine les entrefers magnétiques à l'intérieur du noyau, minimisant les fuites magnétiques et améliorant la fidélité de transmission du signal du transformateur de courant. Sa force coercitive ultra-faible réduit la perte d'hystérésis sous courant variable alternatif, tandis que le ruban ultra-fin à haute résistivité limite la perte par courants de Foucault induite par les harmoniques d'ordre élevé. Comparé aux noyaux en acier au silicium de même spécification, le noyau en fer nanocristallin réduit la perte totale du noyau de plus de 65 % sous une superposition harmonique de 5 kHz, contrôlant fondamentalement l'augmentation de la température interne de l'équipement CT dans les armoires de commande de 35 kV. De plus, le matériau présente une excellente capacité de polarisation anti-DC ; Lorsque des défauts connectés au réseau photovoltaïque produisent des composants CC résiduels dans les lignes, ils n'entrent pas instantanément en saturation magnétique, garantissant que le transformateur de courant peut transmettre en continu des signaux de courant de défaut efficaces pour le jugement de l'action de protection du relais, améliorant considérablement la marge de sécurité du fonctionnement connecté au réseau de la nouvelle station d'énergie.
La station de collecte photovoltaïque Northwest 200 MW comprend 12 ensembles de transformateurs élévateurs de 35 kV et des armoires de commutation de réseau en anneau moyenne tension, chaque unité étant équipée d'un transformateur de courant de classe de mesure et de classe de protection couvrant toutes les plages de courant de 50 A à 2 000 A. L'équipe de conception technique a coopéré avec des fabricants de matériaux magnétiques pour optimiser le diamètre intérieur et extérieur et la tension d'enroulement du noyau de fer nanocristallin en fonction de l'espace d'installation de chaque transformateur de courant inférieur à 35 kV, et a adopté une technologie de recuit précise protégée par l'azote pour équilibrer la perméabilité et les performances de perte. Avant la connexion formelle au réseau, le projet a effectué des tests de simulation de cycle continu dans des conditions de fluctuation de production photovoltaïque et de conditions de travail harmoniques simulées toute la journée. Les résultats des tests montrent que le transformateur de courant équipé d'un noyau de fer nanocristallin maintient une erreur de phase dans les 10 minutes et une erreur composite inférieure à 0,15 % sous un taux de distorsion harmonique total de 30 %, dépassant de loin la norme de précision de 0,5 S requise par les nouvelles spécifications de connexion au réseau énergétique. En revanche, les CT à âme en acier au silicium dans des groupes de comparaison parallèles ont vu les erreurs composites grimper à plus de 0,8 % sous des charges harmoniques identiques, ne respectant pas les normes d'accès aux compteurs.
Après la connexion officielle au réseau, les données d'exploitation sur site ont confirmé les avantages à long terme du haut rendement du noyau de fer nanocristallin. L'écart moyen de mesure de la production d'électricité quotidienne de l'ensemble de la station a diminué de 73 % par rapport à des projets similaires utilisant un CT traditionnel, éliminant ainsi la perte annuelle de revenus de comptage causée par la distorsion du signal. La température de fonctionnement moyenne de tous les transformateurs de courant inférieurs à 35 kV s'est stabilisée en dessous de 60 ℃, réduisant ainsi la vitesse de vieillissement de l'isolation époxy et des enroulements secondaires en cuivre. Le département d'exploitation du projet a estimé que la durée de vie du tomodensitomètre à noyau nanocristallin pourrait être prolongée de 10 ans à 15 ans, et que la fréquence des inspections de routine de mesure de température infrarouge a été réduite de moitié, réduisant considérablement les coûts de main-d'œuvre d'exploitation et de maintenance de la station et de remplacement des pièces de rechange.
Les ingénieurs R&D sur les matériaux magnétiques ont expliqué que la vulgarisation du noyau de fer nanocristallin dans les nouvelles énergies inférieures au transformateur de courant de 35 kV bénéficie également de l'optimisation continue des coûts du processus au cours des dernières années. Les lignes de production automatisées de refendage de ruban, d'enroulement à commande numérique et de recuit continu ont considérablement amélioré le rendement du produit fini du noyau, réduisant ainsi l'écart de coût unitaire entre les noyaux nanocristallins et en acier au silicium. Pour les nouveaux investisseurs dans le secteur de l'énergie, la légère augmentation du coût initial d'achat d'équipement peut être entièrement récupérée en deux ans grâce à l'amélioration de la précision du comptage de la production d'électricité et à la réduction des dépenses de maintenance.
Les experts de l'industrie prédisent que l'échelle installée des transformateurs de courant inférieurs à 35 kV pour les stations photovoltaïques, éoliennes et de stockage d'énergie maintiendra une croissance annuelle à deux chiffres au cours des cinq prochaines années. Le noyau de fer nanocristallin, en tant que matériau de noyau magnétique à haute efficacité et à faibles pertes, adapté aux nouveaux environnements électroniques de puissance énergétique, deviendra la solution de correspondance principale pour les TC moyenne tension dans les projets d'énergie renouvelable, aidant les systèmes électriques mondiaux à atteindre une efficacité de conversion d'énergie plus élevée et une intégration plus fiable du nouveau réseau énergétique.
