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|针对海上风电场特殊的使用环境，干式变压器应怎样设计？


【|针对海上风电场特殊的使用环境，干式变压器应怎样设计？】目前 ， 风力发电作为一种清洁的可再生能源 ， 在全球范围内发展迅猛 。 海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少并允许机组制造更为大型化 ， 可以大规模开发等优势,一直受到风电开发商的关注 。
用于升压并网的电力变压器 ， 由于海上风力发电机组特殊的运行环境（高湿度、高盐密度） ， 不能再像陆上机组那样采用油浸变压器安装在机组外部 ， 而通常采用干式变压器安装在机舱内 ， 这样既解决了整个机组的占地面积问题 ， 避免了将变压器安装在较低位置所带来的防护困难问题 。
同时 ， 变压器靠近风力发电机 ， 变压器经变流器直接将发电机发出的690V电升压到35KV ， 大大降低了低压电缆的使用量 ， 从而降低了整个风机的成本 。
|针对海上风电场特殊的使用环境，干式变压器应怎样设计？
本文插图

典型海上风力发电机组干式变压器技术要求：额定容量为3300kVA（风电机组容量3MW）；额定高压35kV；额定低压0.69kV；连接组别Dyn11；短路阻抗8%；绝缘等级F；温升限值100K；绝缘水平为LI170AC70/AC3；空载损耗≤6700W；负载损耗≤25800W（75℃）；冷却方式为AF；噪声≤78dB（A）（声功率级）；气候等级C2；环境等级E2；燃烧等级F1；重量≤8000kg；外形尺寸≤2800mm×2000mm×2500mm（长×宽×高） 。
变压器设计方案
为了适应在机舱内运行时严酷的气候和环境条件 ， 干式变压器应具有抗腐蚀能力强的特点 。 同时 ， 干式变压器安装在海上风机机舱内 ， 维护和维修成本高 ， 干式变压器应具有较高可靠性 。 由于树脂浇注干式变压器在耐环境、耐气候和抗短路能力的性能上更为优越 ， 故首选此类干式变压器 。
1 本体设计方案
铁心叠片采用冷轧取向电工钢带 ， 45°全斜接五级接缝；高压线圈采用分段圆筒式 ， 采用真空浇注工艺；低压线圈采用箔绕 ， 设轴向气道 ， 采用预浸绝缘端部树脂密封固化 。
由于机舱尺寸的限制以及对载荷的要求 ， 干式变压器外形尺寸不能过大 ， 重量不能过重 。 通常 ， 采用铜绕组时 ， 变压器尺寸小 ， 重量重；而采用铝绕组时 ， 变压器尺寸大 ， 重量轻 。 所以在电磁计算阶段 ， 要反复比较 ， 满足用户使用要求 。
2 防腐设计
一般变压器 ， 冷却方式采用自冷或风冷 ， 变压器外壳内部空气与机舱内的空气流通 ， 机舱内的高潮湿高盐雾的空气进入变压器外壳 ， 造成变压器结构件被严重腐蚀 。 更为严重的是在这种环境下 ， 变压器绝缘表面的污秽物中可溶性物质逐渐溶于水 ， 表面上形成一层导电膜 ， 使绝缘的绝缘水平大大降低 ， 在电力场的作用下容易产生剧烈放电现象 ， 即污闪 ， 这是导致风电机组火灾的主要可能因素之一 。
|针对海上风电场特殊的使用环境，干式变压器应怎样设计？
本文插图

图1 被海盐腐蚀的线圈
为了避免此问题 ， 采用将变压器安装在防护等级大于IP44的外壳内 ， 使用内部循环冷却系统与外界进行热交换的方案 。 这样 ， 变压器本体防腐设计难度大大降低 ， 防腐重点转移到外壳上 。
而外壳的防腐相对容易些 ， 一般 ， 采用专门的喷涂工艺 ， 达到《ISO12994 Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems》中要求的C4等级 。
3 抗振设计
风电机组运行过程中 ， 机舱时刻都在振动 ， 特别是机组偏航迎风过程和制动过程中振动很大 。 所以 ， 变压器的抗振设计也非常重要 。
通过一些措施可减小变压器器身变形和紧固件的松动：变压器线圈浇注为一个刚体 ， 使线圈自身具有良好的抗振能力；增加变压器底垫脚的个数及固定螺栓的个数 ， 对变压器起到很好的固定作用；变压器上夹件上安装长螺杆与外壳顶部的支架相连 ， 使变压器与外壳成为一个整体 ， 避免外壳的晃动 。 此外 ， 变压器上所有的紧固件均采用防松措施 ， 避免变压器部件的脱落和器身倾倒 。


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