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在我國(guó)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(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到500萬(wàn)千瓦，2025年將達(dá)到4500萬(wàn)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(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(wàn)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(chǎng)變壓器的技術(shù)要求是什么？
1.變壓器空載時(shí)間長(zhǎng)。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(zhǎng)。
3.在中國(guó)，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。
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