风电变压器可靠性_安全性及环境问题综述_2_刘军

风电变压器可靠性、安全性及环境问题综述(2)刘军1，张安红1，李基成2（1．杭州钱江电气集团股份有限公司，浙江杭州311243；2．清华大学，北京100084）4独特要求4.1频繁低负载到高负载循环风力的变化意味着风机要在一个持续变化的负荷下运行，且变压器经受频繁的冷热循环交替。与那些只在单一负载下每日运行的常规配电变压器相比，每天风电变可以在一时的局部风力下从很低负载到很高负载多次循环。该循环在绕组、器身和夹件结构件上引发重复的热应力，重复的热应力循环使空气（或氮气）被热油吸收，然后在油冷却时释放，在油中形成微小气泡，这些气泡转移到绝缘件上形成局部放电或热点，可能导致绝缘损耗和老化，产生少量氢气。持续的热循环，同样可能加速引发内、外部电气连接组配件的老化。国内某些厂使用GS643绝缘点胶纸作为风电变压器主绝缘和低压、高压绕组层间绝缘，这些风电变压器事故率较高。GS643绝缘点胶纸是将改性环氧树脂呈菱格状涂覆在GS643聚酯薄膜上的绝缘 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，与普通菱格上胶绝缘纸相比，聚酯薄膜的透气性弱于绝缘纸，受热易萎缩；GS643与变压器油、漆包线漆膜等不同材料相容性如何有待分析；使用GS643作为高压绕组层间绝缘，运行中频繁低负载到高负载循环，油中形成的微小气泡更易于在高压绕组端部聚集，这些气泡在场强高的部位形成局部放电击穿或过热点，导致该部位绝缘损耗和老化；GS643作为高压绕组层间绝缘，绕线时易叠绕、打滑等，这些必须认真考虑。在已烧毁的风电变压器中，解体检查，很多风电变多见高压绕组端部层间、匝间短路。图6为不同温度（40℃、60℃和80℃）、不同频率（50Hz、5kHz和10kHz）循环对变压器油纸绝缘介质图6不同温度、不同频率循环对变压器油纸绝缘介质损耗的影响TRANSFORMER第50卷第11期2013年11月Vol.50NovemberNo.112013第50卷图8魏格通69kV风电线路156天有功、无功 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 曲线图7环氧浇注风电变绕组局部放电损耗的影响，在风电变压器绝缘 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中必须仔细考虑。当前风电变压器绝缘方式的选择，除户外采用油浸式外，塔筒内均采用环氧树脂浇注干式。虽然在一定程度上满足运行需求，但是不论是进口的或是国产的干式风电变压器，在运行中发生的事故相当可观，这些故障主要 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为：由局部放电引起的局部短路故障；匝间短路故障或进一步发展为层间短路故障；绕组或绕组中性点接地故障；运行中环氧浇注体内部渐进的开裂引起局部放电故障。丹麦荷斯韦夫（HornsRev）和哥本哈根（Copen-hagen）两个海上风电场环氧浇注变压器均发生严重的故障。图7为国外某著名变压器厂风电变因树脂开裂形成局部放电的实例。2006年4月11日，该变压器厂对哥本哈根北部风场10台风电变（T1-T10）和南部风场10台风电变（T11-T20）运行中发生的事故分析，总数20台环氧浇注风电变中有16台变压器发生故障，除1台因绕组测温传感器放置不当引起爬电击穿事故外，其余15台均因环氧浇注风电变树脂开裂引发局部放电而损坏。目前，荷斯韦夫风电场81台2MW风机干式变压器全部更换，哥本哈根风电场20台2MW风机干式变压器也全部更换。与常规配电变压器或发电机升压变压器相比，频繁低负载到高负载循环这些累积作用使风电变压器存在更高的绝缘失效故障风险；与此类似，太阳能光伏变压器也存在频繁低负载到高负载循环的累积作用。液浸变压器的一个典型特征是局部放电的再生：一旦发生局部放电损坏绝缘系统时，对于干式或环氧浇注树脂型变压器,局放故障部位固定无法进行恢复；对于液浸式变压器，发生局部放电处的液体可随时由新的绝缘液注入得到更换并恢复绝缘強度。在典型的工作条件下（如过载、高温和较低的冷却效率），与干式变压器相比，杜邦Nomex绝缘材料优越的耐热性能与K类液体介质的优越电气性能，使液浸变压器的绝缘系统对频繁切换和关闭开关、转移过电压和瞬态浪涌所施加的高电应力不敏感。4.2谐波和静电屏蔽完全稳定的正弦波仅为理论可能。在实际的输配电系统中，电压和电流波形都有失真。事实上，1%~2%的谐波含量很常见。如断路器、旋转电机、变频驱动和所有类型的电力电子设备，额外的非线性负载都会产生谐波。这些累积的谐波在每一个循环中不断重复，在不是基频50Hz(或60Hz)的时候提升电压和电流峰值。风力发电机就像常规发电机一样，会产生发电机失真，并产生谐波。除了由发电机产生这些谐波外，还有由整流固态控制器产生的破坏性谐波。图8为魏格通69kV风电线路156天有功、无功记录曲线，可见风电无功比例很高，在实际风场中必须采取补偿设备（如合适的电容器、电抗器等）减小无功。谐波的危害在于增加变压器内的涡流和杂散损耗。绕组导体的涡流和循环电流引起额外发热，这必须用额外的冷却去处理它，以避免绝缘老化和过早的变压器过热故障。风电变压器设计必须考虑谐波，这类似于电炉或整流变压器设计。若没有很好解决由电机和整流谐波波形叠加的非正弦谐波，它就会在变压器内产生过多热量。若按照常规配电变压器去设计，则会导致变压器发热老化，缩短寿命和过早故障。由谐波电流和集肤效应引起的附加谐波损耗，使总损耗增加，同时涡流损耗的不均匀分布致使风电变压器绕组内可能产生局部过热并形成热点。因此，风电变压器的散热必须重点考虑谐波对它的影响。由于谐波电流的存在，在线路阻抗上引起谐波电压降。谐波电压将增加变压器磁通密度、空载损耗、空载电流、噪声和铁心温升。电力系统中易受谐波频率影响的设备也需采用特殊保护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，液浸式66刘军、张安红、李基成：风电变压器可靠性、安全性及环境问题综述（2）第11期1.21.11.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10-1并网点电压(标么值)电网故障引起电压跌落要求风电机组不间断并网运行风电机组可以从电网切出00.6251234时间/s图9风电机组低电压穿越要求表1风机电压穿越能力电压范围（基准电压百分数%）基准电压=0.69kV风机脱网最短时间/sV<150.8515<V<401.640<V<702.670<V<851185<V<90200110<V<1201V>1200变压器在抗谐波损耗方面明显优于环氧浇注式变压器。由整流控制器引发的谐波含有高频分量，若通过变压器，它可能影响到电网上的其他设备，如保护设备可能将此视为一个故障，并试图切断涡轮机。尽管风电变不具备谐波滤波功能，一次绕组和二次绕组间的静电屏可以作为一个滤波器，它能防止危险的谐波转移到高压母线上。高低压绕组间静电屏蔽是风电变压器必须的，它主要有如下三个作用：①抑制过电压。静电屏蔽使得一次和二次绕组之间的寄身电容接近于零，抑制过电压的传递。②抑制高次谐波的传递。静电屏蔽抑制整流回路所产生的高次谐波往电源侧传递。③降低静电噪声。在高、低压绕组之间设置的静电屏蔽有利于降低因谐波因素而导致的静电噪声。在已烧毁的风电变压器中，解体检查，很多厂的风电变高、低压绕组间没有静电屏蔽。4.3容量和过电压依据常规配电变压器来设计风电变，会导致过电压和过电流，这会缩短风电变的寿命。再生能源项目恶性价格竞争的现实，以及风电变通常不在额定负载下运行，所以不太可能增加风电变容量，甚至可能稍微降低容量，利用变压器许用过载容量过载使用。风机功率不是标准配电变压器的额定功率，尝试把它和“标准”额定功率匹配就变得困难。典型的风机功率通常介于标准配变功率间，风电变趋于选择最接近的功率甚至稍低。风电变通常需要考虑5%的过电压来适应风机的超速，变压器标准中还需要10%的连续过电压必须持续运行。为防止铁心出现磁饱和，5%的过电压要求应切实加在标准的10%上，即风电变要考虑15%的过电压。4.4低电压穿越大多数变压器“电压突变”是因为出了故障。故障一经排除，变压器就必须重合闸。然而，为保持系统联网稳定性，风机不允许因任何联网干扰而与网络脱开。风机系统发生故障时必需能保持在线，在机械、电气和热应力上解决预期故障，这种能力称为低电压故障穿越能力。表1为风机电压穿越能力，风电变压器的电压必须要与它匹配。欧洲联邦能源管理委员会（FERC）认识到，低电压故障穿越能力的不足是2003年东海岸停电的一个重要因素。FERC661#令规定，风机在一个输电系统三相故障发生时或后经过4个~9个周波仍需保持与输电网连通。它们还需在单相接地故障排除延误时保持与输电网连通。2007年安装的风电厂必须达到这些要求，降到额定电压的15%；2007年后装的，要求降到额定电压的0%。国内2009年以前生产的风机基本上没有低电压穿越，高电压穿越这些常规机组都有的功能。2011年，国网电监会提出，已投运风电、太阳能发电机组大部分不具备低电压穿越能力。风电场机组低电压穿越能力改造工作亟待进行。能源行业标准NB/T31003-2011《大型风电场并网设计技术规范》已经在2011年7月28日发布，2011年11月1日实施。图9中风电场并网点电压在图中电压轮廓线以上时，风电机组应具有不间断并网运行的能力；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，风电场内风电机组可以从电网切出。风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行0.625s的低电压穿越能力；风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。67第50卷图10接地变压器的安装低电压穿越能力对风电变提出更高的电、磁、热和机械应力要求，国标GB1094.5-2008《电力变压器第5部分：承受短路的能力》规定电力变压器在由外部短路引起的过电流作用下应无损伤要求，变压器短路动稳定时间0.25s，图9中并网点电压跌落为20%时，要求穿越时间为0.625s，远大于0.25s，风电变压器要求优异的承受短路能力，常规配电变压器可能无法承受。因此，对于风电变压器，根据低电压穿越要求，做0.625s的短路试验更妥。为了提高风电变压器短路机械强度，低压绕组宜选铜箔，高压宜选半硬自粘铜线；绕组最好采用圆形，而不是椭圆形，因为椭圆形绕组的机械强度较差。在设计中短路力要小，保护力要大；在生产中必须保证绕紧、套紧、压紧。提高短路机械强度的措施不再赘述。此外，为了限制风电场短路电流，还需要合理选择接地变压器。图10为接地变压器的三种安装方式：曲折接地、Y-d接地和开口d接接地。当发生单相接地故障时，接地变压器提供零序阻抗以维持故障侧电压，同时限制故障电流。4.5升压功能发电机升压功能对风电变压器来说很重要，必需按照发电机变压器设计以满足要求。最初，变压器从高压侧送电，为风力涡轮机润滑和控制系统提供电力；风力涡轮机一开始发电，电力经风力发电机低压侧流向负载。风电升压变压器空载损耗、空载电流都很小，这可能导致励磁涌流时间较长，在设计时要考虑励磁涌流对相关铁心结构件等的影响。（待续）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!国内首座35千伏移动式应急智能变电站在重庆投运2013年9月29日，在国网重庆电力蔡家专业化检修基地作业现场，电力工作人员在经过安装、调试、生产准备、验收及核相之后，重庆电力首座移动式应急智能变电站在国庆前夕正式投运，同时这也是国内首座35千伏移动式应急智能变电站。国网重庆检修分公司运检部项目负责人介绍，该变电站造价上百万元，是一种安装在半挂车上的变电站，车长13米，宽2.5米，在满载正常运行情况下重达50吨，负荷容量达12500千伏安，可快速接入电网，并能快速移动至其他场地，节省占地、简化了设备和组装过程，应急响应速度快，在重庆尚属首次亮相，也是国内首座35千伏移动式应急智能变电站。“与一般的应急发电车相比，该变电站容量更大，具有多种模式选择、实时监控功能。”该负责人说，投运的移动式应急智能变电站最多可满足5000余户居民用电，能解决局部地区由于负荷突发性增长，变电站主变过载问题以及电网改造过程中停电改造、转移负荷的问题。同时，可以提高电网应急供电和防震减灾的能力。68