35kV风电美式箱变特点及设计注意事项

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[摘 要]伴随着全球资源危机的日趋加重，国家日渐重视风电项目的投资建设鞯氐姆绲绯∫驳靡月叫ǔ刹⒊晒κ迪至朔⒌绲裙δ堋？5kv美式箱式变压器的需求量也相应增加。因此文章就35kv风电美式箱变特点及设计注意事项进行了详细探讨，以供参考。

[关键词]35kv风电；美式箱变；特点；设计要点

中图分类号：TM63 文献aa标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0037-01

风电作为一种可再生能源，已经逐步发展成为我国电力供应的来源之一。目前，35kV风电箱变按照其结构主要分为欧式箱变和美式箱变两种，与欧式箱变的特点相比，美式箱变的结构具有密封结实、体积小和维护方便等优点。因此探究35kV风电美式箱变特点及设计注意事项极为必要。

一、35kV风电美式箱变的工作原理分析

风电用35kV美式箱变（也称组合式变压器） 是一种集高、低压保护于一体的升压变压器，它是将电压从风力发电机所发出的0.69 kV级变换至35kV级，再送入系统电网。换言之，这类变压器是将升压变压器器身、高压负荷开关、熔断器、分接开关等相应保护设备组合而成，高压开关、熔断器均设置于油箱内，整体外形尺寸欧式箱变要小巧许多，这种变压器业内谓之“风力发电用美式箱变”。

二、35kV风电美式箱变的特点

（一）在较为恶劣的环境下使用

风力发电一般都在西北、东北和沿海等风力资源较为丰富的地区，还有一部分是在盐雾较重的海滩，且箱变一般都是设置在野外，周围环境较为恶劣，这便对美式箱变的外壳保护提出了较高的要求。箱变内部的开关设置等都必须采用防腐蚀、防冻结、防暴晒、防风沙、防盐雾和防霉菌等防备等级较高的材料。

（二）低负荷的状态较长

风电场运行的变压器常年处于低负荷状态。风力发电受季节影响很大，变压器年负载率平均在30% 左右，因此这类变压器空载时间较长，对空载损耗的控制要求较为严格。风力发电机都采用微机控制，实现风力发电机自诊断功能，在风力发电机过载时会自动限速或停止运行，加之变压器容量都会比风力发电机容量大，不会造成变压器过载运行，因此该类变压器不用考虑过负荷运行的工况。

（三）组件的选用需特别注意

①为了保证风力发电装置的故障不对电网产生影响，所以在35kV美式箱变上必须安装高压负荷开关，方便在箱变运载过度时关合电源；②需要安装串联插入式全范围保护熔断器，来防止美式箱变因受到电流不稳定情况的冲击而造成影响；③以防风力发电中高频电压对变压器的破坏，必须安装避雷器的配置，来保护高电压穿击变压器所造成的损坏；④需要安装低压断路器，来实现单相接地保护、就地进行箱变的分合闸操作、上传故障信号等功能；⑤在美式箱变中，对电流、电压表、互感器和保护器等组件的安装来实现智能化的管理也有着特殊的要求，同时还会设入低压配电屏等装置。

三、35kV风电美式箱变的设计注意事项

（一）总体布局

高压负荷开关和高压插入式全范围保护熔断器这两大组件的选用使35kV美式箱变中的变压器本体结构与常规35kV电力变压器相比，发生了很大变化。美式箱变本体的高压绕组出线端要先后接入高压插入式全范围保护熔断器、高压负荷开关，再经套管引出。另外，因美式箱变需要在不切出系统的情况下进行仪表观测、高压负荷开关操作等工作，故高压负荷开关、无励磁分接开关、高压插入式全范围保护熔断器以及各个监测仪表等应与低压配电屏共同放置在美式箱变的低压室内。

（二）外部绝缘

美式箱变的外带电主要是指套管对地、套管之间的电场，设计中都会注意这些问题，但风电场美式箱变的外带电除了注意这一点，还需注意一些组件运行中带电且的局部对地的距离。例如避雷器顶端带有一钢套压环、电磁传感器连接铜排端等等，它们对油箱上的焊接件，对套管法兰等外带电距离都需要注意。如遇到海拔等问题，这些数据还需要在标准距离上加以修正。对于风电场用的35kV美式箱变，高压侧避雷器和带电显示是必不可少的，在美式箱变高压室内，可选择以水平引出的高压套管为轴线，带电传感器瓷瓶、避雷器为两翼，呈三角箭头式紧凑布置的结构，这样的布局既方便土建施外引电缆连接，又能很好地优化外部绝缘距离。

（三）铁心部分

空载损耗主要来自铁心损耗，由涡流损耗和磁滞损耗组成。为降低空载损耗，采用高导磁低损耗硅钢片，适当降低磁密，并在影响涡流损耗和磁滞损耗的铁心质量上多做文章。推荐使用D型轭结构，D型轭铁心可以省去一部分角重，这部分角重对减轻铁心重量和减小空载损耗都有一定的贡献量。

（四）绕组部分

这类35kV美式箱变的高压绕组多采用圆筒式结构，圆筒式绕组具有较好地冲击电压分布，能有效地消除和抑制各种过电压振荡。推荐分段层式，首尾均从端部引出。这样设计可有效降低层间电压以减少层间绝缘，提高绕组占空比，在串联部位使用纸圈加垫块组成的端圈分隔，它不仅可以起到绝缘的作用，还兼顾保证了这两段绕组之间的水平油道。另外，加工方面，绕组要绕得十分紧密，减小绕组的起始不均匀程度；绕组套装时与铁心尽可能保证同心，并尽量减小套装间隙。

（五）引线部分

引线是连接变压器器身与各个组件的途径，各接点的机械牢固和电气连接是实现变压器正常运行的最基本保证。由于美式箱变工作场所多在交通条件较差的边远地区，运输及运行过程中的颠簸、震动等都可能引起引线连接点松动、虚接甚至引线断裂，为设备安全运行埋下隐患。因此绕组出头引出位置需要牢固夹持，引线各个连接处推荐采用防松措施，引线长度适当留有余量。另对尺寸较大的高压插入式全范围保护熔断器，油箱内部需要在适当位置予以牢固支撑，防止绝缘管悬浮端损坏甚至断裂。

（六）全密封油箱结构

这类变压器不带储油柜，油箱设计为上层带气隙的全密封结构，通过分析计算在油顶层预留充干燥氮气的气隙。随着变压器运行中的温升变化，在计算设定的压力范围内靠缩放氮气气隙层用以补偿变压器油受热遇冷导致的体积变化。气隙层的高度在计算时除需核算油膨胀引起的压强变化，还应该考虑气体受热后膨胀导致的压强增大。在制造过程中油箱要进行渗漏试验，包含气压试漏和变压器整体的带油充氮气压试漏，保证变压器整体无渗漏。

（七）外壳

首先，风电场高低压柜体密封性要求较严，通常要求全封闭，取消常规的百叶窗，所有门柜结合处均要加装密封胶条，防止长期风沙侵入柜体内部。门需要有定位铰链，防止变形影响密封。外壳均匀喷涂三防漆，且从工艺上严格要求保证其附着力。其次，风电场美式箱变都要求采用防盗结构，可轻易拆除组件的螺栓是不允许外露的。从防盗的角度考虑，这类变压器选用固定式片式散热器而不选用可拆卸结构，这样的选择可适量地减小设备宽度，也避免在风电场恶劣条件下进行安装后注油等工作。对于风沙较大的风电场，还需特殊考虑较大的风沙石子对变压器片式散热器有可能造成的损伤，可根据地域情况在订货时加防护罩对片式散热器加以保护。

综上所述，随着风电建设事业的快速发展，对于35kv的风电美式箱变的需求量也随之增加。因此相关设计人员一定要熟知35kv风电美式箱变的工作原理，并在具体设计中严格把关相关注意事项，从而确保提升35kV风电美式箱变的品质，最终促进风电场建设事业的健康长远发展。

参考文献

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