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1、风电箱变知识培训PPT讲座,目录,一、引 言二、概 述 1、风电场特殊自然环境要求 2、风电机组升压组合变压器型式的选择 3、产品数据统计三、典型故障分析 1、典型故障统计 2、典型故障分析和改进四、技术特点介绍 1、推荐方案 2、主要特点 3、工艺与工装五、研究性试验及标准化建议 1、高压全范围限流熔断器绝缘耐受能力的研究 2、模拟风场条件下的温升测量 3、总结各风电场风电机组变的结构、型式，推行标准化 4、塔筒变等其它型式的风电机组变研究,一、引 言,我公司是有46年的生产历史，专注于变压器的制造和销售，经过近十几年来的快速发展，已经形成产能120,000MVA，生产500kV及以下各种规
2、格变压器的一家大型民营企业，连续5年行业排名第一，成为变压器行业排头兵企业。产品销售遍布全国31个省、自治区、直辖市，并出口美国、加拿大、日本、德国、新加坡、香港等40多个国家和地区。随着与高端市场客户的深入交流，我们对变压器内部模型计算、外部涂装、二次控制和防风、防尘和防震等方面有了更进一步的认识和发展。随着风电经济性的进一步提升和风电并网消纳问题的逐步解决，风电作为新能源之一，成为国家能源发展的重点方向。从2007年至今，我公司为全国风力发电用户提供风电机组升压组合变压器（下文中简称“风电机组变”）6784台。通过对产品制造、运输和运行过程中出现典型问题的分析、研究和逐步改进，我公司风电机
3、组变的技术水平取得了长足发展。,我公司认为未来风电机组变发展方向：1）对变压器质量将愈加重视，并加快标准化工作的开展；2）随着风机功率的增大，配套变压器的容量将越来越大；3）随着海上风电的发展，符合海上运行环境的变压器需求将增多。,二、概 述,高寒地区：低温至-45,沙尘地区：高强度风沙、紫外线和雨雪，并常伴有低温,高原地区：海拔2500米以上，常伴严重凝露、凝冻和雷暴气候,沿海地区：高盐雾，常伴有高湿度和雷暴气候,1、风电场特殊自然环境条件,1）组合式变压器，简称“美变”,高压元件内置、结构紧凑环境适应性强，安装方便变压器通风散热条件优异,2、风电机组变型式的选择,2）预装式变电站，简称“欧
4、变”,保护较为全面，成套性强，安装方便体积较大采用紧凑型欧变（也称“华变”）环境适应性和通风散热条件较好,3）派生类组合式变压器，简称“裸变”,结构简单，安装方便环境适应性强变压器通风散热条件优异高压无保护,3、风电机组变的数据统计,1）风电机组变台数和容量统计,2）2007-2012年风电机组变供货情况：,风电机组变向大容量发展,3）根据统计数据，风电机组变发展的趋势,裸变型式逐步消失，欧变型式逐步增多，但目前仍以美变型式为多,欧变型式中，“紧凑型”欧变方案成为主流方案,三、典型故障分析,2011年，某公司对2007年投产后的风电机组变进行了系统统计，共计6183台，其中35kV等级风电机组
5、变5519台，10kV等级664台。从设备故障情况来看，出现风电机组变故障总计210台次，占安装台数的3.4%。风电机组变共涉及20个厂家，其中故障最多厂家故障比例10%；我公司投产868台，故障3台，故障比例0.35%。,1、典型故障统计,1）某新能源公司调查数据,故障类型主要分三类：附件类 57台结构制作类 31台现场安装类 13台 总故障台数 101以附件类故障居多，占56.44%结构制作类故障占30.69%，主要集中在早期产品中，后期产品中已得到解决现场安装类故障占12.87%,2）我公司风电机组变故障统计：,附件类故障,按照故障台数依次是：组合式过电保护器 23 环氧浇注类附件 16
6、 全范围限流熔断器 8 35kV级油浸式负荷开关 7 690V低压主断路器 3 按照故障的危害性依次是：690V低压主断路器 组合式过电保护器 全范围限流熔断器 35kV级油浸式负荷开关 环氧浇注类附件,早期结构制作类缺陷,包括：箱变柜体密封不良 15 预留电缆安装空间不足 8 长途运输问题 8 长途运输问题主要是指经过长途运输后，部分结构件和电器连接件松动出现缺陷。,现场安装类故障,包括：电缆制作 9 现场基础问题 4-电缆故障：主要是指35kV级 电缆制作不规范和绝缘距离不足而产生的故障-现场基础问题，包括：不便于操作、维护基础下沉，导致变压器故障,2、故障分析和改进,1）环氧浇注类附件故
7、障,故障描述：低温冻裂导致绝缘故障原因分析：配套厂家制作过程中未严格按照配方比例进行生产改进措施：严格要求配套厂家按照配方工艺制作，我公司加强进货检验（高、低温交替耐受能力试验）,高压套管开裂,高压带电传感器,2）组合式过电压保护器故障,故障描述：系统接地过电压导致过电压保护器故障原因分析：和单只金属氧化锌避雷器相比，组合式过电压保护器是由四个避雷器单元组成的四星形结构，如图1，包括相和地两个单元，存在以下不足：运行过程内部阀片荷电率高，产品自身寿命短 过电压保护可靠性差 产品结构复杂且成本高改进措施：推荐使用单只金属氧化锌避雷器，避免使用组合式过电压保护器，实际运行中故障率明显降低。,3）全
8、范围限流熔断器故障,故障描述：熔断器绝缘熔管渗漏 非正常开断故障原因分析：制造厂的早期产品密封结构存在薄弱环节，受到外力作用后，易出现渗漏问题；制造厂在生产制造过程中未能按照风电产品实际使用工况进行，而是简单参考“交流熔断器”标准制作、试验。改进措施：采用多重密封防护，提高密封性能；模拟实际使用工况进行试验，提高其可靠性。,4）低压智能断路器故障,故障描述：断路器故障引起变压器损毁原因分析：断路器绝缘裕度不足改进措施：1、根据我们的建议，附件厂调整了断路器对地和相间外绝缘距离，提高冲击水平2、提高分断能力，690V断路器分断能力可实现35kA-100kA的覆盖,5）35kV油浸式负荷开关故障,
9、故障描述：负荷开关帯载操作导致变压器内部故障原因分析：35kV油浸式负荷开关开断电流能力不足改进措施：根据当前实际情况，在安装使用说明书中提醒现场操作者：“严禁帯载操作，仅限于空载操作”,缺陷描述：柜体密封不良而进雪（沙）原因分析：早期产品柜体密封结构设计和密封材料选取不合理改进措施：1、所有密封面增加密封件2、外门门缝采用“迷宫式”结构3、采用耐低温、压缩率高的密封材料4、密封条安装时增加裕度,6）箱变密封缺陷,故障描述：早期产品中高压室进线电缆安装空间不足，电缆绝缘距离不够，导致电气故障。原因分析：对于35kV电缆集电线路的风电场，出现多台箱变高压室需要汇接多根电缆（3根及以上），早期产品
10、中，对该类接线方式缺乏了解，预留空间不足，不便于现场电缆制作和安全绝缘距离的保证。改进措施：调整高压室电器元件布置，将高压避雷器和带电传感器顶装，高压出线套管中部水平安装，下部空间全部留给现场电缆制作，有效地保证高压电缆的安装空间。,7）电缆安装空间不足,故障描述：箱变低压柜柜门脱落，导致电气连接线损坏原因分析：早期产品低压柜的固定结构薄弱，仅有底部固定，上部缺少固定，易出现来回晃动，从而导致柜门脱落。改进措施：上部增加对角固定；严格控制柜门配合间隙，减少柜门上下晃动和门锁紧间隙，后期产品得到解决。,8）长途运输问题,故障描述：箱变35kV电缆头故障原因分析：电缆头应力锥等关键环节控制不良改进
11、措施：安装单位加强安装过程控制,9）电缆制作问题,描述：墩基下沉导致变压器故障原因分析：某项目，因为现场变压器墩基下沉，从而出现变压器套管被架空线拉紧，其密封损坏后变压器进水，导致变压器电气绝缘故障。改进措施：墩基基础夯实；架空线预留足够裕度。,10）现场箱变墩基问题,描述：现场墩基未充分考虑箱变操作维护通道，不便于操作，存在安全隐患。改进措施：现场墩基需充分考虑操作维护通道。,四、技术特点介绍,1、美变方案,一、推荐方案,高压侧过电压保护：氧化锌避雷器高压过电流保护：全范围熔断器负荷开关：二工位油浸式低压侧过电压保护：氧化锌避雷器低压侧线路保护：智能断路器非电量保护：油温/压力/油位,美变方
12、案外形图,美变方案电气接线图,2、紧凑型欧变方案，也称“华变”,高压侧过电压保护：氧化锌避雷器高压过电流保护：后备熔断器高压负荷开关：三工位真空开关低压侧过电压保护：氧化锌避雷器低压侧线路保护：智能断路器非电量保护：油温/压力/油位/瓦斯,紧凑型欧变方案电气接线图,紧凑型欧变方案外形图,在各大风电用户的关心和支持下，结合我公司15年生产箱式变压器的实践，对风电机组变不断改进，形成了华鹏风电机组变的特点：1、适应环境和气候的能力强；2、运行可靠性高；3、温升低，热寿命长。,二、主要特点,提高密封性能：箱体门缝采用迷宫结构门密封面安装耐低温、压缩率高的密封条并预留热胀冷缩量 外门中部密封处加装锁紧
13、装置，保证密封面有效压紧 严格控制密封面的平整度和焊接变形 产品出厂前都经过透光检查,1）风雪、沙尘气候,1、适应环境和气候的能力强,“迷宫式”密封结构图,对于高寒地区的风电机组变，提高油箱结构强度，并对关键部件强化耐低温性能：选择耐低温附件，并进行耐低温、大温差的试验验证针对高寒地区的温差大，提高油箱的适应能力采用45号变压器油,2）高寒、极低气温,对于沿海、重盐雾、重污秽地区的风电机组变采用特殊的防腐工艺，同时提高套管、避雷器等外部附件的污秽等级：专业的涂装实验室，提供个性化的涂装方案提高套管、避雷器等外绝缘部件的污秽等级,3）沿海、重盐雾、重污秽地区,涂装实验室,2、运行可靠性高,变压器
14、运行可靠性是用户最关注的问题，也是变压器制造企业必须保证的根本质量之一。根据风电机组变的运行特点，我们从以下几方面保证变压器运行的可靠性：绝缘可靠性：可承受各种过电压的作用而不发生击穿故障；机械可靠性：可承受系统故障导致变压器短路引起的冲击短路力；热可靠性：负载能力强，热寿命长；电器可靠性：元器件配置合理，保护功能齐全。,1）绝缘可靠性,专业的工频电场和冲击电场有限元分析软件,典型设计定型时，采用专业的电场有限元分析软件，对变压器线圈型式、器身内部绝缘结构、引线绝缘等关键部位进行计算，提高产品的绝缘裕度：采用公司专利技术降低高压线圈层间电场；高低压间设置成型角环；对典型结构的引线进行电场分析计
15、算，提高绝缘裕度。,变压器采用真空干燥和真空注油工艺,专业的冲击电场计算软件,专业的工频电场计算软件,短路承受能力强采用专业的有限元计算软件校核变压器短路承受能力采用全铜材料制作变压器线圈，提高短路承受能力低压采用铜箔绕制，安匝平衡好，短路时轴向力小不定期对产品进行短路承受能力耐受试验,2）机械可靠性,有限元短路计算软件输入界面,有限元短路计算软件输入界面,有限元短路计算软件输出界面,低压采用铜线绕制时的漏磁场分布,低压采用铜箔绕制时的漏磁场分布,采用三维设计软件进行结构强度分析,变压器温升低、热寿命长采用全铜导体特殊的油道结构散热器外置，散热效果好,3）热可靠性,电器元件的配置过电压保护采用
16、单相避雷器，并且提高避雷器的额定电压至54kV低压智能断路器采用大框架固定式，并且加长其接线端子，增加接触面,4）电器可靠性,电器元件的布置高压室采用专利技术结构，保证电缆安全绝缘空间低压电器部分主回路和二次回路相互独立，提高低压电器可靠性,高压室优化布置，35kV进线电缆对地及相间绝缘可靠,低压室主回路和二次回路相互独立,高压电器元件布置专利证书,高压接线安装方便,高压室可以接入14根电缆电缆纵向排布，便于现场施工，且能有效避免高压电缆之间的绝缘问题,高压室电缆进线图,为了保证风电机组变的安全、可靠，在制作过程中配置了先进的工装设备、采用完善的制作工艺。通过以上工艺、工装的配备，在保证产品质
17、量的同时，使公司风电机组变的生产能力也得到了增强。目前公司风电机组变生产能力为：450台/月。,3、工艺、工装,-采用优质高导磁硅钢片制作铁芯-硅钢片剪切毛刺控制0.02mm,优质高导磁硅钢片,剪切毛刺检测,-线圈采用全铜绕制，低压采用铜箔-进口箔式绕线机,-低压层间绝缘采用树脂预浸布-端部采用双“H”胶增加强度-低压线圈干燥固化:固化温度140145，保持3.5小时以上,-高低压采用连体绕制，线圈配合紧实-绕制完成后加绕2层环氧玻璃粘带后再绕1层电工绑带收紧,-器身装配严格控制轴、辐向的支撑-垫块偏移1mm,-引线夹持可靠、美观-器身经真空干燥处理：真空度100Pa，干燥时间20h,-油箱表
18、面喷丸处理，压力：0.6Mpa,油箱喷丸室,-对焊缝进行着色试漏、焊接完成后进行气压试漏检查-采用气压-肥皂泡法进行试漏：压力76kPa，持续5min无渗漏,对焊缝进行着色试漏,焊接完成后进行气压试漏,-柜体喷塑悬挂线水份烘干炉，天燃气加热、热风循环160-210 0C可调，烘燥6.2min；粉末固化炉天燃气加热，炉内温度180-220（可调），炉内有效加热长度50m，烘燥20分钟；,-配备专业设备检验油漆质量,对油漆进行以下性能的检测：漆液性能：油漆状态、粘度、细度、遮盖力、漆液稳定性、表干、比重、固体含量等漆膜性能：光泽、厚度、铅笔硬度、附着牢度、柔韧性、冲击强度、杯突、耐酸性、耐碱性、耐
19、盐水性、耐变压器油性、耐水性、盐雾试验、高低温湿热试验、紫外加速老化试验等,-采用油漆厚度数显仪对喷涂厚度进行检测,涂层控制：常规风电产品：箱体为涂层环氧厚浆漆100um+丙烯酸聚氨酯面漆50um；围板为纯聚酯粉末喷涂90120um；海洋风电产品：箱体涂层为环氧厚浆漆200um+丙烯酸聚氨酯面漆50um；围板为纯聚酯粉末喷涂180240um；,-对漏喷情况进行检测，确保所有表面喷涂可靠,-真空注油：真空度20kPa,-总装后经静压试漏，确保出厂产品密封可靠、无渗漏,焊装片式散热器结构施加 50kPa,保持24小时无渗漏密封式变压器施加76kPa,保持24小时无渗漏,-采用双头自动切割机进行欧变
20、房体立柱加工-长度和角度一次成型，加工精度高,双头自动切割机,-加强对箱体密封面及安装质量的控制-平面度控制1/1000，垂直度控制1/1000,箱体安装后的垂直度控制,安装后的门框密封面,-加强对电器元件安装质量的控制,-配备特殊环境气候模拟和试验设备-5%氯化钠溶液中性盐雾试验,试验时间根据要求控制,盐雾腐蚀试验箱,-配备特殊环境气候模拟和试验设备,烟雾腐蚀试验箱,高低温交变湿热试验箱,设备性能参数：温度-2060，湿度3098%。试验设定：在温度为+602、相对湿度大于95%的条件下保持12h，从+60降温至-202并在-202 的条件下保持用时10h，再从-20升温至+602、相对湿度
21、大于95%，共24h为一个循环周期。根据需要设定周期。,-配备特殊环境气候模拟和试验设备,紫外加速老化试验箱,试验温度控制在552，连续LUV紫外光光照，湿润时间2min，干燥时间58min，共1h为一个周期，根据需要设定周期。,五、研究性试验及标准化建议,为提供更优质的产品，公司不断总结制造、运行过程的问题，自主安排研究项以寻求进一步改进方向。已进行的项目如下：1、高压全范围限流熔断器绝缘耐受能力的研究；2、模拟风场条件下的温升测量；3、总结各风电场风电机组变的结构、型式，推行标准化；4、塔筒变等其它型式的风电机组变研究。,1、高压全范围限流熔断器绝缘耐受能力的研究,由前述典型故障类型介绍，
22、附件问题是引起风电机组变故障的主要原因，其中由全范围限流熔断器引发的故障占据了很大的比例。全范围限流熔断器出厂试验时在敞开的空气中进行，与实际安装情况不符。我公司制作试验模型，按实际运行状态对其绝缘可靠性进行验证。,雷电全波冲击试验时对地击穿,对风电机组变进行雷电冲击试验，考核变压器绝缘强度的同时也考核全范围限流熔断器。早期产品试验中发现该附件耐受雷击过电压的能力不稳定。,雷电截波冲击试验两次100%波形比较,击穿后的全范围限流熔断器,全范围限流熔断器绝缘强度试验模型,发现产品绝缘水平不稳定后，与附件厂及时进行了沟通，并对击穿附件进行解体，分析认为产品存在绝缘薄弱点。经附件厂改进后，制作试验油
23、箱模拟实际运行，在试验油箱内对其绝缘耐受能力进行了型式试验验证。,改进后雷电冲击电压验证,雷电全波冲击电压试验验证,雷电截波冲击电压试验验证,2、模拟风场风力条件下的温升测量,户外安装用风电机组变额定运行时环境风力较强，公司模拟了风场运行条件，测试了相关性能参数，可为风电机组变的参数设计提供参考。研究步骤：统计各风电场年平均负荷；根据风力发电机特性查照对应的平均风力等级；模拟风力条件下对变压器进行试验。,试品参数型号：ZGS11-ZF-1600/35 出厂编号：10-T-2225产品代号：1LB.711.5407.01 联结组别：Dyn11额定电压：38.522.5%/0.69kV 额定频率：
24、50Hz试验目的模拟现场风速达到7m/s时，变压器处于风向位置相对最为恶劣的状态下的温升情况主要设备16025风杯式风向风速表（北京奥德博远技术开发有限公司）8台风扇(5台300m/分钟，3台150 m/分钟)恒河产MV2000温度巡检仪,试验情况,风机布置模拟现场风电机组变处于风向位置最为恶劣的状态，风机全部放置在散热器的对面，为保证散热器顶部及侧面气流，高度约2.5m处正对散热器有3只风量300m/分钟的风扇，风电机组变两侧各有1只风量300m/分钟的风扇，其余3只风量150 m/分钟的风扇在底部。,模拟试验过程中风机布置图,3、风电机组变标准化建议,当前各风场风电机组变电气参数、结构型式
25、、电器配置等方面各不相同，行业中也无相关标准，不利于各风电场之间的相互借鉴及风电机组变整体技术水平的提高。我公司根据自己供货产品统计、汇总、分析，对风电机组变提出标准化方面的建议，供与会领导和专家参考。,标准化建议如下：高压额定电压主要有35kV和36.75kV两种，建议统一为36.75kV；短路阻抗建议统一为：3150kVA以下6.5%，3150kVA及以上7%；空负载性能：据调查风电场年发电小时数为2000-3000h，折合平均负荷率约33.3%，鉴于该特点我们建议风电机组变尽可能降低空载损耗，在保证产品可靠性基础上“补贴”负载损耗降低设备采购和风场建设费用。风电机组变空、负载损耗偏差按以
26、下控制：空载损耗P0：+0(不允许正偏差）；负载损耗Pk：+9P0(P0=P0-P0，为空载损耗降低值）总损耗：+8P0,高压套管采用瓷套管；高、低压侧过电压保护均采用金属氧化锌避雷器；高压过流保护:-海拔2500 米及以下，采取全范围熔断器保护（目前常规使用）；-海拔2500米以上，采取后备熔断器保护（油浸式，不受海拔影响）；低压智能断路器电流容量选取：提高1级容量等级；低压智能断路器安装方式：固定式；控制变压器:-若仅考虑箱变自用，单相容量1kVA；-若考虑风机塔筒供电，三相容量80kVA。,4、塔筒风电机组变研究,塔筒风电机组变直接安装在风场塔筒内，缩短了低压侧接线距离，降低了输电损耗。
27、由于安装位置及空间要求，对该产品的可靠性要求更高，且产品重量和外形尺寸均需适应安装场所的要求。研发思路为在保证变压器绝缘可靠性、机械可靠性的前提下，通过提高绝缘等级进一步提高了产品的热可靠性，同时实现变压器重量轻、尺寸小的技术要求。根据风力发电机的种类，对直驱式和双馈式风力发电机用塔筒风电机组变均进行了研发。,直驱式风力发电机用塔筒变：型式：双圈变，低压侧接发电机、高压侧输出变压器型号：S11-M-2800/35高、低压变比：3522.5%/0.69 kV容量：2800kVA油顶层温升/绕组温升：80/110K技术措施及相关数据-绝缘油：生物降解MIDEL7131绝缘油-绕组绝缘：Nomex纸
28、（H级绝缘）-低压绕组导体：铜箔-高压绕组导体：H级漆包铜电磁线,双馈式风力发电机用塔筒变型式：四圈变，1路高压+3路低压：发电机定子和转子各接1路低压、1路低压供站用，1路高压输出变压器型号：SS11-M-3400/20高低压变比：HV/LV1/LV2/LV3 2022.5%/1/0.69/0.38 kV容量：HV/LV1/LV2/LV3 3400/2900/500/75kVA油顶层温升/绕组温升：80/110K技术措施及相关数据-绝缘油：生物降解MIDEL7131绝缘油-绕组绝缘：Nomex纸（H级绝缘）-低压绕组导体：铜箔-高压绕组导体：H级漆包铜电磁线,直驱式风力发电机用干式塔筒变 根
29、据市场信息，我公司正进行3MW海上直驱式机组干式塔筒变的开发型式：三圈变，1路高压+2路低压：1路低压接发电机、1路低压供站用，高压输出变压器型号：SSCB11-3300/35高低压变比：HV/LV1/LV2 3522.5%/0.69/0.4 kV容量：HV/LV1/LV2 3300/3300/150kVA温升：100K技术措施及相关数据-低压绕组导体：铜箔-高压绕组导体：H级漆包铜电磁线-树脂：H级环氧树脂-冷却方式：变压器本体风冷、外壳水冷,双馈式风力发电机用干式塔筒变 根据市场信息，我公司正进行6MW海上双馈式机组干式塔筒变的开发型式：四圈变，1路高压+3组低压：发电机定子和转子各接1路低压、1路低压供站用，1路高压输出变压器型号：SSCB11-7200/35高低压变比：HV/LV1/LV2/LV3 3522.5%/6.6/0.69/0.4 kV容量：HV/LV1/LV2/LV3 7200/6600/1800/250kVA温升：100K技术措施及相关数据-低压绕组导体：铜箔-高压绕组导体：H级漆包铜电磁线-树脂：H级环氧树脂-冷却方式：变压器本体风冷、外壳水冷,谢谢！,
