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在我國大力倡導可持續(xù)發(fā)展的今天，風電作為一種可再生能源發(fā)展迅速。根據(jù)相關數(shù)據(jù)，2010年我國風電裝機容量將達到500萬千瓦，2025年將達到4500萬千瓦。風電組合變壓器技術作為風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵設備，也發(fā)展迅速。根據(jù)風力發(fā)電系統(tǒng)的特點，有幾種不同的組合變壓器設計形式。
目前，風力發(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。海上風電因其資源豐富、風速穩(wěn)定、對環(huán)境負面影響小、允許機組制造更大、可大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)點，一直受到風電開發(fā)商的關注。
由于海上風力發(fā)電機組特殊的運行環(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組那樣在機組外部安裝油浸式變壓器，而是通常在機艙內(nèi)安裝干式變壓器，既解決了整個機組的占地面積問題，又避免了在較低位置安裝變壓器帶來的保護困難。
同時，變壓器靠近風力發(fā)電機，變壓器通過變流器直接將690V發(fā)電機升壓到35KV，大大降低了低壓電纜的使用，從而降低了整個風機的成本。
如何設計風電場變壓器？
干式變壓器應具有耐腐蝕性強的特點，以適應在機艙內(nèi)運行時惡劣的氣候和環(huán)境條件。同時，干式變壓器安裝在海上風機艙內(nèi)，維護成本高，干式變壓器應可靠性高。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.本體設計方案
鐵芯疊片采用冷軋取向電工鋼帶，45°全斜接五級接縫；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，預浸絕緣端樹脂密封固化。
由于機艙尺寸和負載要求的限制，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，變壓器尺寸小，重量重；使用鋁繞組時，變壓器尺寸大，重量輕。因此，在電磁計算階段，應反復比較，以滿足用戶的使用要求。
2.防腐設計
一般變壓器采用自冷或風冷，變壓器外殼內(nèi)的空氣與機艙內(nèi)的空氣循環(huán)，機艙內(nèi)高濕度、高鹽霧的空氣進入變壓器外殼，導致變壓器結(jié)構(gòu)件嚴重腐蝕。更嚴重的是，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，在表面形成導電膜，大大降低絕緣水平，在電場的作用下容易產(chǎn)生嚴重的放電現(xiàn)象，即污閃，這是導致風電機組火災的主要可能因素之一。
為避免這一問題，變壓器安裝在保護等級大于IP44的外殼中，內(nèi)部循環(huán)冷卻系統(tǒng)與外界進行熱交換。這樣，變壓器本體的防腐設計難度大大降低，防腐重點轉(zhuǎn)移到外殼上。
而且外殼的防腐相對容易，一般采用特殊的噴涂工藝，達到ISO12994CorosionProtectionstelStrecturectivePaintSystems所需的C4級。
3.抗振設計
在風電機組運行過程中，機艙總是在振動，特別是在偏航和制動過程中。因此，變壓器的抗振設計也非常重要。
通過一些措施，可以減少變壓器體的變形和緊固件的松動: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整體，避免外殼晃動。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.通風散熱設計
外殼上設置軸流風機、風道和換熱裝置；變壓器上設置導流板，見圖2。這樣，在變壓器運行過程中，軸流風機將外殼內(nèi)的熱空氣吸入風道，在換熱裝置處進行換熱。外部泵和外部換熱裝置通過水循環(huán)帶走熱量，冷卻空氣進入外殼下部。在空氣導流板的引導下，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孤立的系統(tǒng)，它不僅與變壓器本身的散熱結(jié)構(gòu)有關，而且與軸流風機的通風、換熱裝置的散熱效率、外部泵和換熱裝置的性能密切相關，這是一個復雜而大的系統(tǒng)。在樣機設計中，可結(jié)合計算機仿真分析設置一定的溫升余量，并根據(jù)試驗結(jié)果進行批量生產(chǎn)。
5.可維護設計
風力發(fā)電機組安裝在近海，維護困難，維護成本很高。因此，干式變壓器的設計應充分考慮其維護。
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；通風散熱系統(tǒng)軸流風機的使用壽命一般為4萬小時。為了保證機組的發(fā)電和可用性，采用一用一備的形式。
風電場變壓器的技術要求是什么？
1.變壓器空載時間長。風力發(fā)電一般具有明顯的季節(jié)性，變壓器年平均負荷率僅為30%左右。因此，變壓器的空載損耗應盡可能低；
2.其次，過載時間較短。由于變壓器容量一般大于風機容量，風機采用微機技術，實現(xiàn)了風機的自診斷功能，安全保護措施非常完善。風力發(fā)電機組過載時，會自動采取限速措施或停止運行，基本不會造成變壓器過載。因此，變壓器的使用壽命應比普通配電變壓器長。
3.在中國，風資源豐富的地區(qū)一般集中在沿海、東北和西北地區(qū)，變壓器在野外運行。因此，有必要考慮設備的耐候性。沿海地區(qū)應考慮防鹽霧、防霉、防潮設備；東北和西北地區(qū)應考慮低溫、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，并與風扇的過電壓保護裝置形成過電壓吸收回路。變壓器絕緣設計應充分考慮避雷器殘壓對變壓器的影響。
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