風電箱式變壓器的節能設計

謝佳賀

內蒙古包鋼(集團)電氣有限公司

風電箱式變壓器的節能設計

謝佳賀

內蒙古包鋼(集團)電氣有限公司

本文介紹了風電箱式變壓器的運行特點，并針對風力發電箱式變壓器的運行特點及經濟性，對變壓器進行設計，檢修施工中繞組的特殊結構和工藝，各項技術性能指標的控制

風電變壓器；絕緣結構；橢圓形結構

1 前言

風能是當前最有發展前景的一種新型能源，它是取之不盡用之不竭的能源，還是一種潔凈、無污染、可再生的綠色能源。綠色和平組織和歐洲風能協會提出了《風力2012》報告，報告中指出到2020年，世界風力發電將達到世界電力總需求量的12%，我國電力發展“十一五”發展綱要中也指出，中國的風力發電將占世界風力發電總量的14%。作為風力發電廠重要的接口設備，風力發電箱式變壓器(以下簡稱箱變)也隨之得到了發展。風能作為可再生能源，發展前景廣闊，而與之配套的箱變需求量劇增，且競爭激烈。

2 產品設計

風電箱式變壓器容量根據單臺風機裝機容量不同而不同，以最為常見的1600kVA變壓器為例，其主要技術參數如下：

額定容量： 1600kVA；

相 數：三相；

頻 率： 50Hz；

阻抗電壓： 6%；

聯結組別：D，y11；

一次電壓： 36750±2*2.5%V；

二次電壓： 690V；

冷卻方式：ONAN。

由技術參數可以看出，風電箱式變壓器容量小、電壓高，高壓接線方式為角接，根據其使用特點，確定變壓器的整體設計思路，保證施工工藝的可行性。

綜合風電系統的特點，可以總結出風電箱式變壓器的運行特點：

1.變壓器空載時間長。風力發電一般具有明顯的季節性，變壓器的年負載率平均只有30%左右。

2.過載時間少。由于變壓器容量一般都比風力發電機容量大，并且由于風機采用了微機技術，實現了風機自診斷功能，在風機過載時會自動采取限速措施或停止運行，基本上不會造成變壓器的過載運行。

3.運行環境惡劣。在我國，風力資源豐富的地區一般集中在沿海、東北、西北地區，變壓器運行在野外。因此設備的耐候性問題就變得尤為重要。

4.組合式變壓器高壓側必須配置避雷器，以便與風機的過電壓保護裝置組成過電壓吸收回路。變壓器的絕緣會受到避雷器殘壓對變壓器的影響較大。

根據風電變壓器的運行特點，我公司針對各生產廠家的產品優缺點進行了總結，發現風電箱變損壞主要原因為：

1.低壓線圈對地絕緣距離不夠，低壓線圈對鐵心放電。

2.高壓線圈層間絕緣材料質量較差，達不到標準要求，導致層間擊穿。

3.高壓線圈端部距離較小，爬電距離不夠，導致高壓線圈對鐵心放電。

4.線圈整體結構不合理，層間電壓較高，穩定性差。

5.箱變線圈使用鋁線或鋁箔繞制，電阻率高，線圈容易發熱。

6.線圈主空道距離較小，高低壓線圈間發生擊穿。

針對箱變所出現的以上問題，我公司技術人員制定了一系列的改造措施，并對箱變整體絕緣結構進行重新設計計算，保證了風電箱式變壓器的使用壽命。

3 主要研究內容

根據風電發電的特性，針對其發電的不穩定性和對環境的高要求，參考各廠家箱式變壓器的優點，我公司采取合理的結構設計，改變其原有絕緣結構，采用新型生產工藝，對風電箱式變壓器進行整體改造，增強其抗沖擊能力，保證了變壓器的穩定運行。

1.線圈結構

線圈是變壓器輸入和輸出電能的電氣回路，是變壓器的基本部件，由銅導線繞制，再配置各種絕緣件組成，俗稱為變壓器的“心臟”，其重要性可見一斑。因變壓器的容量和電壓的不同，線圈所具有的結構特點亦各不相同。這些特點是匝數、導線截面、并聯導線換位、繞向、線圈連接方式和型式等。作為變壓器最重要的一般分，往往變壓器的使用壽命取決于線圈的結構型式、絕緣布置等。

經過對變壓器的研究，低壓采用雙螺旋式筒式線圈，此結構工藝成熟，施工方便，各工藝尺寸容易控制。高壓線圈采取分段式筒式結構，采用特殊的接線方式，有效的降低了線圈段間電壓。中部按照計算添加絕緣材料來增加絕緣距離，并加設角環，消除了變壓器原有的產氣問題。

改變整體線圈結構，采用“低高高低”的線圈結構，不但增大線圈端部的絕緣距離，保證了變壓器的安全運行，并且有效的降低了產品的生產成本。

2.絕緣結構

變壓器采取高低壓繞組間為薄紙筒、小油隙，高壓繞組端部加角環的結構。這種結構能有效的減少繞組的主絕緣距離，大大提高了鐵芯窗口的填充系數，使高低壓繞組及鐵芯的體積明顯減小，達到了節能的效果；器身絕緣采用層壓木壓板，以增加繞組端面的有效支撐、并形成實體硬固定結構。

3.生產工藝

因為高壓線圈層間絕緣較厚，原有的浸漆工藝無法完全浸透線圈，并且會降低變壓器的電氣性能。針對此情況，線圈采取了不浸漆工藝，使用絕緣性能更好的絕緣材料增加變壓器的絕緣強度，以保證變壓器的穩定性。

4 總結

通過試驗，我公司改造后的產品各項技術性能指標完全符合國標，其絕緣性能及抗沖擊能力均優于原產品，該產品結構合理、工藝性好，噪音小、溫升低，整體無滲漏，具有較好的經濟效益與社會效益，有著廣泛的市場前景。

[1]順特電氣.風電用組合式變壓器

[2]張倩.風力發電箱式變壓器的特點分析

謝佳賀(1987-)，男，漢族，內蒙古赤峰人，助理工程師，設計組班長，本科，現從事變壓器設計制造研究工作。