风电箱式变压器的节能设计

2016-03-16谢佳贺

环球市场 2016年24期

关键词：箱变箱式风力

谢佳贺

内蒙古包钢(集团)电气有限公司

风电箱式变压器的节能设计

谢佳贺

内蒙古包钢(集团)电气有限公司

本文介绍了风电箱式变压器的运行特点，并针对风力发电箱式变压器的运行特点及经济性，对变压器进行设计，检修施工中绕组的特殊结构和工艺，各项技术性能指标的控制

风电变压器；绝缘结构；椭圆形结构

1 前言

风能是当前最有发展前景的一种新型能源，它是取之不尽用之不竭的能源，还是一种洁净、无污染、可再生的绿色能源。绿色和平组织和欧洲风能协会提出了《风力2012》报告，报告中指出到2020年，世界风力发电将达到世界电力总需求量的12%，我国电力发展“十一五”发展纲要中也指出，中国的风力发电将占世界风力发电总量的14%。作为风力发电厂重要的接口设备，风力发电箱式变压器(以下简称箱变)也随之得到了发展。风能作为可再生能源，发展前景广阔，而与之配套的箱变需求量剧增，且竞争激烈。

2 产品设计

风电箱式变压器容量根据单台风机装机容量不同而不同，以最为常见的1600kVA变压器为例，其主要技术参数如下：

额定容量： 1600kVA；

相数：三相；

频率： 50Hz；

阻抗电压： 6%；

联结组别：D，y11；

一次电压： 36750±2*2.5%V；

二次电压： 690V；

冷却方式：ONAN。

由技术参数可以看出，风电箱式变压器容量小、电压高，高压接线方式为角接，根据其使用特点，确定变压器的整体设计思路，保证施工工艺的可行性。

综合风电系统的特点，可以总结出风电箱式变压器的运行特点：

1.变压器空载时间长。风力发电一般具有明显的季节性，变压器的年负载率平均只有30%左右。

2.过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大，并且由于风机采用了微机技术，实现了风机自诊断功能，在风机过载时会自动采取限速措施或停止运行，基本上不会造成变压器的过载运行。

3.运行环境恶劣。在我国，风力资源丰富的地区一般集中在沿海、东北、西北地区，变压器运行在野外。因此设备的耐候性问题就变得尤为重要。

4.组合式变压器高压侧必须配置避雷器，以便与风机的过电压保护装置组成过电压吸收回路。变压器的绝缘会受到避雷器残压对变压器的影响较大。

根据风电变压器的运行特点，我公司针对各生产厂家的产品优缺点进行了总结，发现风电箱变损坏主要原因为：

1.低压线圈对地绝缘距离不够，低压线圈对铁心放电。

2.高压线圈层间绝缘材料质量较差，达不到标准要求，导致层间击穿。

3.高压线圈端部距离较小，爬电距离不够，导致高压线圈对铁心放电。

4.线圈整体结构不合理，层间电压较高，稳定性差。

5.箱变线圈使用铝线或铝箔绕制，电阻率高，线圈容易发热。

6.线圈主空道距离较小，高低压线圈间发生击穿。

针对箱变所出现的以上问题，我公司技术人员制定了一系列的改造措施，并对箱变整体绝缘结构进行重新设计计算，保证了风电箱式变压器的使用寿命。

3 主要研究内容

根据风电发电的特性，针对其发电的不稳定性和对环境的高要求，参考各厂家箱式变压器的优点，我公司采取合理的结构设计，改变其原有绝缘结构，采用新型生产工艺，对风电箱式变压器进行整体改造，增强其抗冲击能力，保证了变压器的稳定运行。

1.线圈结构

线圈是变压器输入和输出电能的电气回路，是变压器的基本部件，由铜导线绕制，再配置各种绝缘件组成，俗称为变压器的“心脏”，其重要性可见一斑。因变压器的容量和电压的不同，线圈所具有的结构特点亦各不相同。这些特点是匝数、导线截面、并联导线换位、绕向、线圈连接方式和型式等。作为变压器最重要的一般分，往往变压器的使用寿命取决于线圈的结构型式、绝缘布置等。

经过对变压器的研究，低压采用双螺旋式筒式线圈，此结构工艺成熟，施工方便，各工艺尺寸容易控制。高压线圈采取分段式筒式结构，采用特殊的接线方式，有效的降低了线圈段间电压。中部按照计算添加绝缘材料来增加绝缘距离，并加设角环，消除了变压器原有的产气问题。

改变整体线圈结构，采用“低高高低”的线圈结构，不但增大线圈端部的绝缘距离，保证了变压器的安全运行，并且有效的降低了产品的生产成本。

2.绝缘结构

变压器采取高低压绕组间为薄纸筒、小油隙，高压绕组端部加角环的结构。这种结构能有效的减少绕组的主绝缘距离，大大提高了铁芯窗口的填充系数，使高低压绕组及铁芯的体积明显减小，达到了节能的效果；器身绝缘采用层压木压板，以增加绕组端面的有效支撑、并形成实体硬固定结构。

3.生产工艺

因为高压线圈层间绝缘较厚，原有的浸漆工艺无法完全浸透线圈，并且会降低变压器的电气性能。针对此情况，线圈采取了不浸漆工艺，使用绝缘性能更好的绝缘材料增加变压器的绝缘强度，以保证变压器的稳定性。