一種風電場用新型110 kV感應濾波變壓器設計

任淑影

摘? 要：該文首先介紹了我國目前風電場風力發電的諧波問題，分析感應濾波技術與傳統抑制諧波的方法比較優勢所在，介紹了感應濾波的原理和感應濾波變壓器產生背景。從總體思路和技術方案兩方面介紹了一種新型110 kV級風電場用感應濾波變壓器的設計方案。根據試驗結果，對關鍵參數進行分析，與同類風電場用變壓器比較，優點突出，前景廣闊。

關鍵詞：感應濾波;濾波變壓器;等效阻抗;風電場

中圖分類號：TM403? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

近幾年在我國迅猛增長，隨著風電的迅速發展，風電場的裝機容量逐步增大，風電場對接入的電力系統的影響日益明顯，特別是風能的隨機性和風力發電系統中大量電力電子設備的采用，造成在向電網輸出有功功率的同時會產生大量的諧波注入電網，帶來諸如降低線路設備系統容量、損害變頻系統、增加電力設備損耗、干擾儀表和電能計量。

20世紀80年代，湖南大學首次提出了改變變壓器鐵心磁路及變壓器繞組的繞制和連接方式，可以降低變壓器等效阻抗，抑制系統諧波的理論。為了降低風力發電諧波分量，目前主要采用安裝濾波裝置技術，需要在風電升壓變壓器設置專用濾波繞組，與濾波裝置實現無縫對接，實現就近抑制。

1 感應濾波變壓器基本原理

在感應濾波變壓器中，在原、副邊繞組之間，增加了感應濾波繞組。通過調整各繞組間的距離和繞組尺寸，可以實現感應濾波繞組的等值漏電感為零。如果該繞組電阻很小，則可以實現該繞組的等值阻抗為零。

如果該繞組外接n次調諧L、C支路，且支路電阻很小，可以忽略，則該n次調諧支路與感應繞組一起，構成n次調諧電流短路環，如圖1所示，若感應濾波繞組接多個電阻可以忽略的調諧支路，即構成n1、n2等多次諧波電流環。

該n次諧波短路環，通過電磁感應原理，可以產生與諧波作用繞組大小相等，方向相反的n次諧波磁勢。得出結果，變壓器鐵芯上的n次諧波磁勢之和為零，因此，鐵芯中的n次諧波磁通為零，變壓器網測繞組就不會產生n次諧波電勢和n次諧波電流，達到了濾波的效果。如果接多次調諧L、C支路，則可以濾去多次諧波。

由于諧波短路環中的諧波電流是感應出來的，且實現了濾波，所以，將這種濾波方式定義為感應濾波。具有感應濾波功能的變壓器稱為感應濾波變壓器。

2 110 kV級風電場用感應濾波變壓器的設計方案

2.1 總體思路

在YNd11接法的110 kV雙繞組有載調壓變壓器中增加濾波繞組，利用濾波繞組連接濾波裝置之后形成的低阻抗諧波通道，讓諧波電流通過這一通道直接被吸收，從而使諧波電流無法傳遞到系統中去，達到抑制諧波的作用。通過高壓、低壓與濾波3個繞組間阻抗的合理匹配，濾波繞組等值阻抗百分比要求≤0.15%。根據以上內容，進行以下3項研究內容：

1）對感應濾波裝置運行機理、特點及對變壓器的性能要求等進行研究。

2）濾波繞組等值阻抗|uk|≤0.15%實現方式的研究。

3）濾波繞組結構容量、結構型式、與基本繞組阻抗匹配關系的研究。

2.2 技術方案

2.2.1 主要技術參數

額定容量：63 000 kVA

額定電壓： 110±8×1.25%/35/36.75 kV

調壓方式：有載調壓

額定頻率：50 Hz

聯接組標號：YNd11d11

冷卻方式：ONAN

濾波繞組等值阻抗百分比≤0.15%

絕緣水平：LI480AC200-LI325AC140/LI200AC85/LI200AC85kV

2.2.2 具體設計方案

2.2.2.1 繞組結構

分別設置高壓繞組、濾波繞組、低壓繞組，濾波繞組輻向較小，端部絕緣采用實端圈，為保證阻抗要求，將濾波繞組放在高壓繞組和低壓繞組之間，濾波繞組預設調節用油隙墊塊調節繞組高度，對各繞組尺寸提出比常規產品更嚴格的偏差要求。

2.2.2.2 器身結構

該產品器身絕緣為薄紙筒小油隙結構，其中繞組排列為（從里到外）：鐵心—低壓繞組—濾波繞組—高壓繞組—調壓繞組—油箱。高壓繞組出頭為輻向出線，低壓、濾波繞組出頭為軸向出線。

2.2.3 引線結構

高壓引線全部采用冷壓連接，相線從繞組端部引出，采用軟銅絞線，分接線采用電纜紙包電纜，高壓0相采用軟銅絞線。濾波、低壓引線在同一側布置，為避免由于引線交叉帶來的操作不便，低壓與濾波引線采用分層布置，低壓引線在內，濾波引線在外，首、尾在接線片處形成角接，然后通過接線片連接套管油中接線端子。

2.3 實施效果

在研發過程中充分考慮了該項目的運輸及現場安裝、運行工況及其結構特殊性，采用多種新技術和措施，利用電磁分析軟件模擬仿真，通過高壓、低壓與濾波3個繞組間阻抗的合理匹配，成品濾波繞組等值阻抗百分比僅為0.11%，可以提高濾波裝置的工作效率，最大限度地抑制諧波分量。

3 與當前國內外同類技術主要參數、效益、市場競爭力的比較

110 kV級風電場用感應濾波變壓器是新型風電場用主變，它與濾波裝置配合，克服了傳統濾波方式的諸多缺點：無源濾波效果較差;有源濾波設備復雜、投資大。并有效地改善風力發電的電能質量。

（1）由于變壓器內部的濾波補償，可使并網系統效率提高1 %～3 %。

（2） 諧波吸收率可以達到90 %，遠高于傳統濾波方式的60 %～70 %。

（3）功率因數可以達到0.97以上。

4 結語

110 kV級風電場用感應濾波變壓器，實現了感應濾波裝置直接對接，諧波就近抑制，高效節能、可靠性強，可以有效濾除風力發電諧波90 %以上，在湖南婁底新化吉慶等多個風電場投入使用，運行情況良好，達到預期效果。風電場用感應濾波變壓器市場需求會有爆發式的增長，未來每年市場需求約為2 000萬kVA，產值約8億元。相關技術在光伏發電、電解行業、軌道交通、船舶動力等其他領域都可推廣使用，具有廣闊的市場前景。

參考文獻

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