風電箱式變壓器的節能設計略談

張偉濤

摘要：風能屬于一種環保型能源，是一種無污染、可循環利用的新型能源。隨著風能發電設備的不斷發展，風力發電為保障人民生活用電提供了重要支持，我國政府也推出了一系列政策，推動風力發電的可持續發展。風電箱式變壓器作為風力發電的重要設備，具有重要的作用。因此，文章主要針對風電箱式變壓器的節能設計展開分析與討論。

關鍵詞：風電箱式變壓器；節能設計；經濟效益

近些年來，節能環保事業的發展推動著我國風力發電行業的進一步發展，箱變作為風力發電的重要設備，其能源消耗關系著發電廠的經濟效益。

一、風電箱式變電器的技術參數及運行特點分析

1.風電箱變的技術參數

風力發電系統主要是由發電機組和變電站組成，發電機組主要負責將風能轉變為機械能，然后將機械能轉變為電能并輸送至配電網絡的一種設備；變電站則主要將機組輸出的電能升壓至電網電壓相同數值，再匯入用電網絡[1]。風電箱式變壓器就是變電站的主要設備，其容量是根據單臺風機裝機容量的具體數值來選擇，以現代風力發電廠中最常見的1600kVA風電箱變進行分析，其主要技術參數為：額定容量為1600kVA，相數值為三相；額定頻率為50Hz；阻抗電壓數值為6.5%；聯結組別數值為Dyn11；一次電壓數值為35000±2×2.5%V；二次電壓數值為690V；冷卻方式為ONAN（油浸自冷，Oil Natural Air Natural）。從1600kVA風電箱變的技術參數來看，其具有容量小、電壓高的特點，且高壓接線方式為角接，根據其技術特點，從而制定變壓器整體優化設計方向，保障加工工藝的科學性與可操作性。

2.風電箱變的運行特點

①使用環境惡劣：由于風力發電多在西北、東北以及沿海等較為偏遠的地區使用，且箱變多設置在室外，環境惡劣，這對于箱變的運行穩定性提出了較高的要求。箱變設備必須要使用防腐、防凍、防沙、防霉的優質材料[2]。②低進高出的運行模式：風電箱變的電源以低電壓的方式流進，然后再以高電壓的方式流出。③低負荷時間較長：低負荷狀態維持時間長主要表現在以下兩方面：一方面由于目前風電箱變的容量較小，多采用高壓限流熔斷器作為變壓器的保護裝置，當出現風力發電超載運行的情況，會自動采取限速或熔斷的方式，保護變壓器不受損；另一方面，風力發電受到季節變換的影響，一般在風力較大的季節使用，使用空窗期時間較長，低負荷持續時間較長[3]。④為了避免雷電故障的出現，組合變壓器必須要在高壓側設置避雷器，從而與過電壓保護裝置形成吸收回路，否則，變壓器的絕緣很可能受避雷器殘壓的影響而出現老化加速的問題。

二、風電箱變的節能設計

隨著《可再生能源法》的頒布，風電作為一種可再生的清潔能源，受到了現代發電廠的重視，對風能的開發利用有助于實現節能減排以及使用清潔能源的戰略，并越來越受到社會各界人士的廣泛關注[4]。目前在我國東北、西北、內蒙以及沿海地區逐漸建設了許多風力發電廠，風電發電模式為我國節能減排、優化能源結構、環境保護提供了有利的支持。

根據上述風電箱變的技術參數以及運行特點，筆者主要針對市面中常見的風電箱變產品進行分析，并總結出造成風電箱變能耗較高的主要原因為：①低壓線圈的對地絕緣距離不符合相應標準，導致低壓線圈放電引起的。②高壓線圈使用的絕緣材料質量不過關，不符合國家相關標準的要求，導致線圈層間損壞。③高壓線圈端部對地距離小，導致高壓線圈放電。④線圈整體設置結構不合理，穩定性較差。

針對上述原因，筆者主要針對原有絕緣結構進行改變，提高風電箱變的整體穩定性和節能性。具體措施為：①針對變壓器的運行特點，低壓線圈采用了雙螺旋式筒式線圈，具有加工技術成熟、施工簡單且加工質量易于控制的優點；高壓線圈則采用分段式筒式線圈，能夠有效降低線圈間段之間的電壓。②改變線圈整體結構，應用“低高高低”的模式，提高了線圈底部的對地絕緣距離，能夠保障變壓器運行的穩定性，從而節省運行耗能。③高低壓繞組間主要采用了薄紙筒以及小油隙，高壓繞組端部采用了三角環結構，這種結構能夠有效縮短繞組的絕緣距離，從而提高了設備的填充系數，使得繞組與鐵芯的體積大大縮小，能夠起到較好的節能效果；器材絕緣則采用木壓板，從而提高端面的支撐效果，形成穩定的結構。④由于高壓線圈間層的絕緣比較厚，傳統浸漆工藝無法有效浸沒線圈，導致變壓器的性能受到影響。因此，提倡采用不浸漆加工工藝，通過使用絕緣性能好的材料來提升變壓器的絕緣強度，從而提高變壓器的安全性與穩定性。⑤由于變壓器多在環境惡劣的地方使用，在設計過程中必須加入特殊的固定方式，避免接線部分脫落；此外對于懸浮端也要加入支撐措施，避免其損壞。經過本次研究改造后的風電箱變產品的各項性能完全符合國家標準以及用戶需求，具有較好的絕緣性能以及抗干擾性，結構科學、加工工藝好且噪音小、溫升低，整體穩定性好，具有較高的應用價值和經濟效益，在風電市場中具有較好的應用前景。

結束語

文章主要針對風電箱式變壓器的技術參數以及運行特點展開分析，并提出了相應的優化策略，旨在降低風電箱式變壓器的能源消耗量，從而提升發電廠的經濟效益。

參考文獻：

[1]蘇勁文.35 kV風電美式箱變特點及設計注意事項探究[J].科技與創新，2014，23（6）：72-80.

[2]龐建麗，張亞杰，馮媛媛等.35 kV風電美式箱變特點及設計注意事項[J].電工電氣，2016，34（12）：36-38.

[3]徐芳，周志剛，李迎春等.基于動力學的風電增速箱多級齒輪傳動系統可靠性評估[J].中國機械工程，2014，34（9）：1219-1224.

[4]魏靜，孫清超，孫偉等.大型風電齒輪箱系統耦合動態特性研究[J].振動與沖擊，2015，31（8）：16-23.