风电箱式变压器的节能设计略谈

张伟涛

摘要：风能属于一种环保型能源，是一种无污染、可循环利用的新型能源。随着风能发电设备的不断发展，风力发电为保障人民生活用电提供了重要支持，我国政府也推出了一系列政策，推动风力发电的可持续发展。风电箱式变压器作为风力发电的重要设备，具有重要的作用。因此，文章主要针对风电箱式变压器的节能设计展开分析与讨论。

关键词：风电箱式变压器；节能设计；经济效益

近些年来，节能环保事业的发展推动着我国风力发电行业的进一步发展，箱变作为风力发电的重要设备，其能源消耗关系着发电厂的经济效益。

一、风电箱式变电器的技术参数及运行特点分析

1.风电箱变的技术参数

风力发电系统主要是由发电机组和变电站组成，发电机组主要负责将风能转变为机械能，然后将机械能转变为电能并输送至配电网络的一种设备；变电站则主要将机组输出的电能升压至电网电压相同数值，再汇入用电网络[1]。风电箱式变压器就是变电站的主要设备，其容量是根据单台风机装机容量的具体数值来选择，以现代风力发电厂中最常见的1600kVA风电箱变进行分析，其主要技术参数为：额定容量为1600kVA，相数值为三相；额定频率为50Hz；阻抗电压数值为6.5%；联结组别数值为Dyn11；一次电压数值为35000±2×2.5%V；二次电压数值为690V；冷却方式为ONAN（油浸自冷，Oil Natural Air Natural）。从1600kVA风电箱变的技术参数来看，其具有容量小、电压高的特点，且高压接线方式为角接，根据其技术特点，从而制定变压器整体优化设计方向，保障加工工艺的科学性与可操作性。

2.风电箱变的运行特点

①使用环境恶劣：由于风力发电多在西北、东北以及沿海等较为偏远的地区使用，且箱变多设置在室外，环境恶劣，这对于箱变的运行稳定性提出了较高的要求。箱变设备必须要使用防腐、防冻、防沙、防霉的优质材料[2]。②低进高出的运行模式：风电箱变的电源以低电压的方式流进，然后再以高电压的方式流出。③低负荷时间较长：低负荷状态维持时间长主要表现在以下两方面：一方面由于目前风电箱变的容量较小，多采用高压限流熔断器作为变压器的保护装置，当出现风力发电超载运行的情况，会自动采取限速或熔断的方式，保护变压器不受损；另一方面，风力发电受到季节变换的影响，一般在风力较大的季节使用，使用空窗期时间较长，低负荷持续时间较长[3]。④为了避免雷电故障的出现，组合变压器必须要在高压侧设置避雷器，从而与过电压保护装置形成吸收回路，否则，变压器的绝缘很可能受避雷器残压的影响而出现老化加速的问题。

二、风电箱变的节能设计

随着《可再生能源法》的颁布，风电作为一种可再生的清洁能源，受到了现代发电厂的重视，对风能的开发利用有助于实现节能减排以及使用清洁能源的战略，并越来越受到社会各界人士的广泛关注[4]。目前在我国东北、西北、内蒙以及沿海地区逐渐建设了许多风力发电厂，风电发电模式为我国节能减排、优化能源结构、环境保护提供了有利的支持。

根据上述风电箱变的技术参数以及运行特点，笔者主要针对市面中常见的风电箱变产品进行分析，并总结出造成风电箱变能耗较高的主要原因为：①低压线圈的对地绝缘距离不符合相应标准，导致低压线圈放电引起的。②高压线圈使用的绝缘材料质量不过关，不符合国家相关标准的要求，导致线圈层间损坏。③高压线圈端部对地距离小，导致高压线圈放电。④线圈整体设置结构不合理，稳定性较差。

针对上述原因，笔者主要针对原有绝缘结构进行改变，提高风电箱变的整体稳定性和节能性。具体措施为：①针对变压器的运行特点，低压线圈采用了双螺旋式筒式线圈，具有加工技术成熟、施工简单且加工质量易于控制的优点；高压线圈则采用分段式筒式线圈，能够有效降低线圈间段之间的电压。②改变线圈整体结构，应用“低高高低”的模式，提高了线圈底部的对地绝缘距离，能够保障变压器运行的稳定性，从而节省运行耗能。③高低压绕组间主要采用了薄纸筒以及小油隙，高压绕组端部采用了三角环结构，这种结构能够有效缩短绕组的绝缘距离，从而提高了设备的填充系数，使得绕组与铁芯的体积大大缩小，能够起到较好的节能效果；器材绝缘则采用木压板，从而提高端面的支撑效果，形成稳定的结构。④由于高压线圈间層的绝缘比较厚，传统浸漆工艺无法有效浸没线圈，导致变压器的性能受到影响。因此，提倡采用不浸漆加工工艺，通过使用绝缘性能好的材料来提升变压器的绝缘强度，从而提高变压器的安全性与稳定性。⑤由于变压器多在环境恶劣的地方使用，在设计过程中必须加入特殊的固定方式，避免接线部分脱落；此外对于悬浮端也要加入支撑措施，避免其损坏。经过本次研究改造后的风电箱变产品的各项性能完全符合国家标准以及用户需求，具有较好的绝缘性能以及抗干扰性，结构科学、加工工艺好且噪音小、温升低，整体稳定性好，具有较高的应用价值和经济效益，在风电市场中具有较好的应用前景。

结束语

文章主要针对风电箱式变压器的技术参数以及运行特点展开分析，并提出了相应的优化策略，旨在降低风电箱式变压器的能源消耗量，从而提升发电厂的经济效益。

参考文献：

[1]苏劲文.35 kV风电美式箱变特点及设计注意事项探究[J].科技与创新，2014，23（6）：72-80.

[2]庞建丽，张亚杰，冯媛媛等.35 kV风电美式箱变特点及设计注意事项[J].电工电气，2016，34（12）：36-38.

[3]徐芳，周志刚，李迎春等.基于动力学的风电增速箱多级齿轮传动系统可靠性评估[J].中国机械工程，2014，34（9）：1219-1224.

[4]魏静，孙清超，孙伟等.大型风电齿轮箱系统耦合动态特性研究[J].振动与冲击，2015，31（8）：16-23.