风机箱式变压器的运行

风机箱式变压器的运行

目录

一风机箱式变压器的作用及结构

二风机箱式变压器的工作原理

三风机箱式变压器的操作说明

一风机箱式变压器的作用及结构

风机箱式变压器的作用就是将风机发出的690V电能经过升压变为10kV或35kV，通过埋地电缆或架空线输送到风电场升压站。近年来我国大力提倡发展环保型能源，风能就是其中一种。风力发电设备市场高速发展，风电配套的组合式变压器需求量也日益增大，电压也由10 kV向35 kV发展。

1 风电专用变压器的技术要求

综合风电系统的特点，可以总结出风电专用变压器的技术要求：

一、变压器空载时间长。风力发电一般具有明显的季节性，变压器的年负载率平均只有30%左右。因此，要求变压器的空载损耗应尽量低；

二、过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大，而由于风机采用微机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护措施非常完善，在风机过载时会自动采取限速措施或停止运行，基本上不会造成变压器过载运行。因此变压器的寿命比普通配电变压器应长；

三、运行环境恶劣。在我国，风力资源丰富的地区一般集中在沿海、东北、西北地区，变压器运行在野外。因此就要考虑设备的耐候性问题。在沿海地区的设备就应考虑防盐雾、霉菌、湿热；在东北、西北地区就要考虑低温严寒、风沙等的影响。

四、组合式变压器高压侧必须配置避雷器，以便与风机的过电压保护装置组成过电压吸收回路。在变压器的绝缘设计上应充分考虑避雷器

残压对变压器的影响。

另外，风电用组合式变压器的箱体基本上按照标准组合式变压器的结构型式制造，除需具有足够的机械强度，外形力求美观等外，还应具有抗暴晒，不易导热，抗风化腐蚀及抗机械冲击等特点。箱体需采用片式散热器，外加防护罩的结构。此外，外壳油漆需喷涂均匀，防护等级高，抗暴晒，抗腐蚀，抗风沙，并有牢固的附着力；组合式变压器内部电气设备的装设位置也应易于观察、操作及安全地更换；高压配电装置小室应保证可靠安全，以防误操作。

2 风电35 kV组合式变压器结构方案

35 kV组合式变压器一般存在以下几种结构方案：

1) “品”字形。即高压室、低压室和变压器室呈“品”字形布列，如图1所示。

2)“目”字形。即高压室、低压室和变压器室呈“目”字形布列，如图

2所示。

3)“L”字形。即高压室、低压室和变压器室呈“L”字形布列，如图3所示。

3 风电35 kV组合式变压器高压一次方案

高压一次方案一般根据用户或设计院提供的技术规范设计执行，这里将高压一次方案分为3部分来介绍。

第一部分是高压出线。高压出线方式一般有两种：

一种为全绝缘出线，采用全绝缘欧式T型电缆插拔头；第二种为高压绝缘子(分为瓷绝缘和干式复合绝缘)与普通电缆头固定连接出线。采用全绝缘出线，安全性要高于第二种方案，同时要求的空间要小于第二种方案，但高压一次方案不如第二种配置灵活，它只能采用固定的欧式T型电缆插头＋欧式T型避雷器＋欧式带电指示器方案，同时成本要远远高于第二种。

第二部分是过电压保护。目前有TBP过电压保护器、避雷器和欧式T 型避雷器。除欧式T型避雷器必须与全绝缘出线配合使用，其余两种可根据需要进行选型，但TBP过电压保护器成本要高于避雷器。

第三部分是负荷开关与熔断器，也分为两种：一种为油浸式负荷开关加熔断器，另一种为负荷开关－熔断器组合电器。采用负荷开关－熔断器组合电器性能上要优于第一种方案，它可以实现熔断器与负荷开关联动，同时可以将负荷开关分合状态信号上传，一般多用于欧

式箱式变压器，所以如用在组合式变压器上，我们俗称“美变欧式化”，但它要求的空间和成本要远远高于第一种方案。另外配合油浸式负荷开关使用的熔断器现也有两种：一种为全范围限流熔断器，另外一种为过载熔断器和后备限流熔断器二级保护，这两种各有其自身特点，可根据实际需要进行选用。

4 风电3

5 kV组合式变压器本体方案

风力发电风力发电机组发出的电能一般为690 V(或620 V)，然后通过变压器升压至10 kV或35 kV，然后通过埋地电缆或者架空线输送到风电场升压站，然后向电网供电，如图4所示。

变压器本体方案设计可按常规电力变设计，容量一般在风机发电功率的1.1倍，设计时需注意按升压变压器考虑。另外风力发电一般具有明显的季节性，据不完全统计，变压器的年负载率平均只有30%左右。同时在风机不转情况下，皆有电网电压加在变压器上，风机不转时，会自动断开，对风机本身不会产生影响，因此要求变压器的空载损耗应尽量低。

5 风电35 kV组合式变压器低压方案

风电35 kV组合式变压器低压侧比较简单，配置也比较灵活，一般也是根据用户或设计院提供的技术规范设计执行。低压主进线断路器一般选用智能型万能式断路器，可实现长、短延时和接地等保护，同时可将分合闸、故障跳闸状态上传，及时了解运行状态，同时可根据需求选择不同功能的智能脱扣器。但选择需注意额定电压为690 V(620 V)，不可选用配电系统400 V电压。另外如在北方寒冷地区，一般要求断路器最低允许工作温度在－40 ℃。其余可根据要求提供微型断路器、低压避雷器、照明检修变压器、电流表及电压表等设备与之配套。另外需注

意二次配线，正常电流回路线芯不小于2.5 mm，其他回路可选择1.5 mm，同时所有配线两端均有打印的线号。同时母线应采用绝缘母线，并设有安全防护措施。

二风机箱式变压器的工作原理及技术参数

1 风机箱式变压器工作原理

风机箱式变压器一次系统图

风机箱式变压器工作原理如上图，箱变正常运行时，箱变高压侧电缆与35KV线路接通得电，通过主变TM将35KV电压转换为690V电压，在此分为两路：一路经过断路器QF到达风机塔基低压侧，当风机正常运行时，发电机发出的690V电能又通过此路径传输到35KV线路；另一路经过干式变压器SG将690V电压转换为400V电压，为箱变提供装置电源及操作电源。

2 风机箱式变压器各设备技术参数

1）主变高压侧主要设备

主变高压侧的配置策略是采用负荷开关QLO进行控制，熔断器FU进

行保护。其设备组成：负荷开关，限流熔断器，接地开关，带电显示器，避雷器等。

为什么主变高压侧要采用负荷开关+限流熔断器的配置策略呢？

因为当变压器内部发生故障时，大量的短路试验证明。当油浸变压器内部出现短路故障时，必须在20ms内切断故障。方保变压器安然无恙。从断路器看,断路器全分断时间由三部分组成：继电器保护动作时间+断路器固有分闸动作时间+燃弧时间。这三部分之和往往大于60ms，显然断路器对于保护此类变压器不奏效。对组合电器而言．

充石英砂的限流熔断器有速断功能．可在10ms内熔断而切除短路故障。完全满足20ms内动作。从而达到有效保护变压器的需要。但是由于熔断器往往单相首先断开，所以断开的同时．其撞针(即弹簧储能撞击器)会撞击负荷开关的脱扣板，负荷开关立即三相同时断开(两相燃弧)，防止了变压器缺相运行。由于动作时间很短，转移电流(熔断器的熔体熔断使弹簧储能撞击器将负荷开关断开的整个过程承受的三相对称电流)远小于故障电流峰值，达到了保护变压器的目的。如上所述，负荷开关+限流熔断器是用作保护变压器，只要配舍得当才能有效。其原理如下图所示

负荷开关+限流熔断器控制原理

（1）限流熔断器

结构特点：内部熔丝被石英砂包围，石英砂有限流作用，有撞 针系统

开断范围：2－3倍额定电流－50KA

性能特点：开断大故障短路电流能力强，达到31.5~50KA

分断过程中电弧电压低

短路开断动作时间短，一般不超过10ms

（2）带电显示器

工作原理：通过抽压电容芯棒,从高压带电回路中抽取一定的电

压作为显示和闭锁的电源,用于反映装置设置处的带电状态,并能强制闭

锁开关网门。

电压指示和强制闭锁的工作,均受同一高压信号所控制,但电路系统

又是相互独立的.只要高压回路带电,那么即使显示电路和闭锁电路同时

出了故障,电磁锁仍处于闭锁状态。其原理如下图所示

带电显示器接线图

（3）避雷器

避雷器作用：限制过电压以保护电气设备。避雷器就是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置,间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低,在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态,在过电压下间隙被击穿接地,放电降压起到保护线路或设备绝缘的作用。

避雷器原理：当沿线路传入电气设备的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。

2）主变压器TM