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在我國大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天,風(fēng)電作為一種可再生能源發(fā)展迅速。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),2010年我國風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到500萬千瓦,2025年將達(dá)到4500萬千瓦。風(fēng)電組合變壓器技術(shù)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,也發(fā)展迅速。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn),有幾種不同的組合變壓器設(shè)計(jì)形式。


目前,風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源,在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅速。海上風(fēng)電因其資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境負(fù)面影響小、允許機(jī)組制造更大、可大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)點(diǎn),一直受到風(fēng)電開發(fā)商的關(guān)注。


由于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特殊的運(yùn)行環(huán)境(高濕度、高鹽密度),用于升壓并網(wǎng)的電力變壓器不能再像陸上機(jī)組那樣在機(jī)組外部安裝油浸式變壓器,而是通常在機(jī)艙內(nèi)安裝干式變壓器,既解決了整個(gè)機(jī)組的占地面積問題,又避免了在較低位置安裝變壓器帶來的保護(hù)困難。


同時(shí),變壓器靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī),變壓器通過變流器直接將690V發(fā)電機(jī)升壓到35KV,大大降低了低壓電纜的使用,從而降低了整個(gè)風(fēng)機(jī)的成本。


如何設(shè)計(jì)風(fēng)電場變壓器?

干式變壓器應(yīng)具有耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn),以適應(yīng)在機(jī)艙內(nèi)運(yùn)行時(shí)惡劣的氣候和環(huán)境條件。同時(shí),干式變壓器安裝在海上風(fēng)機(jī)艙內(nèi),維護(hù)成本高,干式變壓器應(yīng)可靠性高。由于樹脂澆注干式變壓器在耐環(huán)境、耐氣候、耐短路等方面具有優(yōu)越的性能,因此首選這種干式變壓器。


1.本體設(shè)計(jì)方案

鐵芯疊片采用冷軋取向電工鋼帶,45°全斜接五級(jí)接縫;高壓線圈采用分段圓柱形,采用真空澆筑工藝;低壓線圈采用箔繞,軸向氣道,預(yù)浸絕緣端樹脂密封固化。


由于機(jī)艙尺寸和負(fù)載要求的限制,干式變壓器的形狀尺寸不能太大,重量也不能太重。通常使用銅繞組時(shí),變壓器尺寸小,重量重;使用鋁繞組時(shí),變壓器尺寸大,重量輕。因此,在電磁計(jì)算階段,應(yīng)反復(fù)比較,以滿足用戶的使用要求。


2.防腐設(shè)計(jì)

一般變壓器采用自冷或風(fēng)冷,變壓器外殼內(nèi)的空氣與機(jī)艙內(nèi)的空氣循環(huán),機(jī)艙內(nèi)高濕度、高鹽霧的空氣進(jìn)入變壓器外殼,導(dǎo)致變壓器結(jié)構(gòu)件嚴(yán)重腐蝕。更嚴(yán)重的是,在這種環(huán)境下,變壓器絕緣表面污垢中的可溶性物質(zhì)逐漸溶解在水中,在表面形成導(dǎo)電膜,大大降低絕緣水平,在電場的作用下容易產(chǎn)生嚴(yán)重的放電現(xiàn)象,即污閃,這是導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的主要可能因素之一。


為避免這一問題,變壓器安裝在保護(hù)等級(jí)大于IP44的外殼中,內(nèi)部循環(huán)冷卻系統(tǒng)與外界進(jìn)行熱交換。這樣,變壓器本體的防腐設(shè)計(jì)難度大大降低,防腐重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到外殼上。


而且外殼的防腐相對(duì)容易,一般采用特殊的噴涂工藝,達(dá)到ISO12994CorosionProtectionstelStrecturectivePaintSystems所需的C4級(jí)。


3.抗振設(shè)計(jì)

在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中,機(jī)艙總是在振動(dòng),特別是在偏航和制動(dòng)過程中。因此,變壓器的抗振設(shè)計(jì)也非常重要。


通過一些措施,可以減少變壓器體的變形和緊固件的松動(dòng):變壓器線圈澆筑成剛體,使線圈本身具有良好的抗振能力;增加變壓器底部墊腳的數(shù)量和固定螺栓的數(shù)量,對(duì)變壓器起到很好的固定作用;變壓器夾件上安裝的長螺釘與外殼頂部的支架連接,使變壓器與外殼成為一個(gè)整體,避免外殼晃動(dòng)。此外,變壓器上的所有緊固件都采取了防松措施,以避免變壓器部件脫落和傾倒。


4.通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

外殼上設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)、風(fēng)道和換熱裝置;變壓器上設(shè)置導(dǎo)流板,見圖2。這樣,在變壓器運(yùn)行過程中,軸流風(fēng)機(jī)將外殼內(nèi)的熱空氣吸入風(fēng)道,在換熱裝置處進(jìn)行換熱。外部泵和外部換熱裝置通過水循環(huán)帶走熱量,冷卻空氣進(jìn)入外殼下部。在空氣導(dǎo)流板的引導(dǎo)下,變壓器線圈通過變壓器主空道和低壓線圈內(nèi)的氣道冷卻。


顯然,變壓器的散熱不再是一個(gè)孤立的系統(tǒng),它不僅與變壓器本身的散熱結(jié)構(gòu)有關(guān),而且與軸流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)、換熱裝置的散熱效率、外部泵和換熱裝置的性能密切相關(guān),這是一個(gè)復(fù)雜而大的系統(tǒng)。在樣機(jī)設(shè)計(jì)中,可結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真分析設(shè)置一定的溫升余量,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行批量生產(chǎn)。


5.可維護(hù)設(shè)計(jì)


風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在近海,維護(hù)困難,維護(hù)成本很高。因此,干式變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮其維護(hù)。


外殼采用拼接結(jié)構(gòu),拆卸方便,更換高壓線圈等變壓器大部件;通風(fēng)散熱系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)的使用壽命一般為4萬小時(shí)。為了保證機(jī)組的發(fā)電和可用性,采用一用一備的形式。


風(fēng)電場變壓器的技術(shù)要求是什么?

1.變壓器空載時(shí)間長。風(fēng)力發(fā)電一般具有明顯的季節(jié)性,變壓器年平均負(fù)荷率僅為30%左右。因此,變壓器的空載損耗應(yīng)盡可能低;


2.其次,過載時(shí)間較短。由于變壓器容量一般大于風(fēng)機(jī)容量,風(fēng)機(jī)采用微機(jī)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的自診斷功能,安全保護(hù)措施非常完善。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過載時(shí),會(huì)自動(dòng)采取限速措施或停止運(yùn)行,基本不會(huì)造成變壓器過載。因此,變壓器的使用壽命應(yīng)比普通配電變壓器長。


3.在中國,風(fēng)資源豐富的地區(qū)一般集中在沿海、東北和西北地區(qū),變壓器在野外運(yùn)行。因此,有必要考慮設(shè)備的耐候性。沿海地區(qū)應(yīng)考慮防鹽霧、防霉、防潮設(shè)備;東北和西北地區(qū)應(yīng)考慮低溫、寒冷和沙子的影響。


4.組合變壓器的高壓側(cè)必須配備避雷器,并與風(fēng)扇的過電壓保護(hù)裝置形成過電壓吸收回路。變壓器絕緣設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮避雷器殘壓對(duì)變壓器的影響。


浙權(quán)(上海)電器設(shè)備制造有限公司是一家集生產(chǎn)、研發(fā)、銷售為一體的專業(yè)性企業(yè),本公司專業(yè)生產(chǎn)變壓器、穩(wěn)壓器、調(diào)壓器及低壓電器配套產(chǎn)品,始終“堅(jiān)持企業(yè)創(chuàng)新,追求技術(shù)進(jìn)步”是發(fā)展的一貫宗旨,公司擁有雄厚的技術(shù)開發(fā)力量、優(yōu)質(zhì)的工藝檢測儀器和生產(chǎn)設(shè)備,積極引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù),不斷對(duì)產(chǎn)品加以改進(jìn)和完善,多年的專業(yè)化管理,已成功構(gòu)建了多層次的營銷網(wǎng)絡(luò)。



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