新型多功能變壓器在風電場的應(yīng)用

蘇衛(wèi)東

新型多功能變壓器在風電場的應(yīng)用

蘇衛(wèi)東

（華電國際寧夏新能源發(fā)電有限公司，寧夏銀川750002）

分析了目前風電場升壓站變壓器的現(xiàn)狀，介紹了新型多功能主變的結(jié)構(gòu)特點，利用新型主變中性點電阻柜將零序保護作為線路故障的主保護，迅速切除線路故障，保證其它風機和線路正常運行；利用新型主變的平衡繞組代替SVG的降壓變，節(jié)約了投資成本；加裝了在線智能監(jiān)測裝置，實現(xiàn)了主變的智能化管理，提高了風電場的安全性和經(jīng)濟性，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

多功能變壓器；風電場；應(yīng)用

0 引言

目前國內(nèi)風電場主變常規(guī)設(shè)計型式為Y N，d11型，低壓側(cè)繞組為三角形接線，即小電流接地系統(tǒng)，當集電線路發(fā)生接地故障時，集電線路斷路器不能迅速切除故障線路，容易造成風力發(fā)電機組、變頻器等系統(tǒng)設(shè)備的損壞，嚴重時會造成風機大面積脫網(wǎng)事故，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。

另外，隨著風電場建設(shè)規(guī)模的擴大，風電場負荷的波動性及所處于電網(wǎng)末端的特點，導(dǎo)致風電場所在的系統(tǒng)質(zhì)量問題及系統(tǒng)穩(wěn)定性問題日益突出，為使風電場的額定電壓保持在允許范圍內(nèi)，在風電場的設(shè)計中，動態(tài)無功補償裝置（簡稱SVG）也越來越多的采用了降壓式SVG技術(shù)。

為提高風電場的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟性，需采用一種新型多功能變壓器，具備實現(xiàn)集電線路接地故障速斷保護、SV G降壓變的功能，提高風電場運行可靠性和經(jīng)濟性。

1 多功能變壓器的結(jié)構(gòu)特點

以寧夏某新能源公司5萬kW容量的風電場為例，主變型號SSZ10-50000/110（帶平衡繞組），接線組別Y N，yn12型，主變增加了一個三角形連接的平衡繞組，35kV低壓側(cè)繞組為星形接線，中性點通過電阻接地，主變?nèi)萘?×50M VA，額定電壓115±8×1.25%/ 36.75/10.5kV，容量比：100/100/30。

變壓器線圈的排列結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 變壓器線圈的排列結(jié)構(gòu)

高壓繞組110kV出線1回，接入電網(wǎng)系統(tǒng)；高壓側(cè)中性點經(jīng)避雷器加間隙接地保護，也可經(jīng)隔離開關(guān)接地。

低壓繞組35kV出線2回，接入風電場集電線路。

低壓側(cè)中性點經(jīng)小電阻接地，35kV小電阻成套裝置電阻值56Ω，戶外布置。

平衡繞組10kV側(cè)接入動態(tài)無功補償裝置（SV G），容量1×12M var。

主變安裝1套在線監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置測控裝置和相應(yīng)的光纖連接設(shè)備，以便采集各種非電氣量參數(shù)，滿足綜合自動化系統(tǒng)的測控要求。變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)與升壓站綜合自動化系統(tǒng)接口并上傳監(jiān)測信息。智能主機作為后臺主站監(jiān)控機使用，安裝在二次設(shè)備室內(nèi)綜自系統(tǒng)盤柜內(nèi)，監(jiān)控畫面做在綜自系統(tǒng)畫面中，由綜自監(jiān)控微機進行監(jiān)控，并實現(xiàn)遠傳遠程在線監(jiān)控功能。系統(tǒng)配置：智能主機、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備、通訊元件、功能軟件、電纜及附件。

監(jiān)測項目：1）油中溶解氣體在線監(jiān)測；2）油中微水在線監(jiān)測；3）變壓器油面溫度在線監(jiān)測；4）變壓器繞組模擬熱點溫度在線監(jiān)測。

新型多功能變壓器與常規(guī)主變壓器結(jié)構(gòu)上的區(qū)別見表1。

表1 新型多功能變壓器與常規(guī)主變壓器結(jié)構(gòu)上的區(qū)別

2 新型主變壓器的功能

（1）新型主變低壓側(cè)繞組為星形接線，中性點通過電阻接地，消除了Y N，d11型主變低壓側(cè)三角形繞組接線方式帶來的三相對地電壓存在“懸浮”的現(xiàn)象，使整個系統(tǒng)相對地有了牢固的電位“參考點”，消除了系統(tǒng)振蕩過電壓，系統(tǒng)可靠性提高。當35kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，零序保護作為線路故障的主保護，快速動作切除故障線路，其它系統(tǒng)仍保持可靠運行，保障了電網(wǎng)安全，提高了設(shè)備可利用率，防止了大面積脫網(wǎng)事故。而常規(guī)變壓器低壓側(cè)為三角形接線，屬于不接地系統(tǒng)，零序保護不能快速動作切除故障線路，需加裝接地變，配置零序保護裝置，才能迅速切除接地故障。

（2）新型主變帶平衡繞組，利用平衡繞組實現(xiàn)SVG降壓功能，提高了動態(tài)無功補償裝置的可靠性和電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而常規(guī)變壓器不帶平衡繞組，需加裝SVG降壓變才能實現(xiàn)降壓功能。

（3）新型變壓器安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程在線智能監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)變壓器存在的安全隱患，采取措施針對處理，防止造成設(shè)備損壞事件，提高了系統(tǒng)安全可靠運行水平。而常規(guī)變壓器不具備遠程在線智能監(jiān)測功能，需人工取樣監(jiān)測。

（4）新型多功能變壓器與常規(guī)主變壓器功能上的區(qū)別見表2。

3 效益分析

（1）節(jié)約了接地變投資。新型多功能主變低壓側(cè)繞組中性點通過電阻接地，代替了常規(guī)變壓器接地變的功能，節(jié)約了變壓器的造價、施工、調(diào)試等基建投資。以5萬kW風電場為例，接地變價格約20萬元，中性點電阻柜價格約7萬元，節(jié)約基建投資約23萬元。

表2 新型多功能變壓器與常規(guī)主變壓器功能上的區(qū)別

（2）節(jié)約了SV G降壓變投資。新型多功能主變利用平衡繞組，代替了SV G降壓變，節(jié)約了投資成本。以5萬kW風電場為例，SV G降壓變價格約35萬元，平衡繞組及套管價格約10萬元，節(jié)約基建投資約25萬元。

（3）提高了變壓器運行可靠性。變壓器安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程在線智能監(jiān)測，避免了油品取樣的浪費，能及時發(fā)現(xiàn)變壓器存在的安全隱患，合理進行運行操作和檢修維護，有效防止了重大事故的發(fā)生。

（4）節(jié)約了運行維護成本。新型多功能變壓器集主變、接地變、SV G降壓變等設(shè)備功能于一體，不但減少了設(shè)備數(shù)量，節(jié)約了占地面積，而且降低了發(fā)生故障的概率，減少了設(shè)備檢修工作量和運行損耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了風電場的運行可靠性和經(jīng)濟效益。

（5）隨著風電場規(guī)模的擴大和設(shè)備的長期運行，風電場的經(jīng)濟效益和社會效益更加明顯。

4 結(jié)語

風電場新型多功能變壓器滿足了電網(wǎng)對風電場的繼電保護和電壓調(diào)整等安全和保護要求，提高了系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)了對風電場生產(chǎn)管理的智能化、科學化管理，保證了風電場的安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行和整體發(fā)電效益的最大化。新型多功能變壓器在風電場的成功應(yīng)用，為新建、擴建風電場的設(shè)備設(shè)計選型提供了示范作用，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

[1]吳斯，沈石水.風電場SVG配置方案的經(jīng)濟性分析[J].風力發(fā)電，2014，（2）：7-14.

[2]王雷，信珂，周志勇.風電場主變35kV負荷側(cè)單相接地故障分析[J].山東電力技術(shù)，2010，（2）：31-33.

修回日期：2017-01-22

《大型電站冷源節(jié)能新技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工程》通過驗收

2017年3月3日，由華電電力科學研究院和清華大學共同承擔的國家發(fā)改委國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目《大型電站冷源節(jié)能新技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工程》在蒲城電廠通過驗收，該項技術(shù)節(jié)能效果顯著，具有良好的示范效果和應(yīng)用推廣價值。

集團公司副總工程師張東曉在講話中指出，本次驗收會是對發(fā)改委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目完成情況的驗收，同時也是對集團公司和清華大學關(guān)于大型電站冷源節(jié)能新技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工作的一次階段性總結(jié)，是集團公司推廣節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用課題取得成果的新的開始。

該項目分設(shè)《大型電站凝汽器管束仿生優(yōu)化布置節(jié)能改造技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工程》以及《大型電站凝汽器膠球清洗技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工程》兩個專題。項目改造結(jié)果表明，采用仿生優(yōu)化凝汽器管束布置技術(shù)改造后的凝汽器真空值均比設(shè)計值（4.9kPa）低0.28kPa以上，凝汽器真空得到明顯提高；新型凝汽器膠球清洗技術(shù)應(yīng)用后，膠球清洗系統(tǒng)投球率為20%。

來自上海電力學院、哈爾濱汽輪機廠、西安熱工院、華北電力大學等單位代表組成的專家組聽取了項目建設(shè)、創(chuàng)新成果及產(chǎn)業(yè)化示范情況的匯報，仔細查閱了相關(guān)資料文件，并一致同意項目通過驗收。

New Type of Multifunctional Transformer Applied in Wind Farm

SU Wei-dong
（Huadian Power International New Energy Power Generation Co.，Ltd.，Yinchuan 750002，China）

Analysis of the current status of w ind power booster station transform er，this paper introduces the new type m ultifunctional structure characteristics of the m ain transform er,using new type of m ain transform er neutral point resistance ark to zero sequence protection as the m ain line fault protection,quickly cut line fault, ensure the norm al operation of other fan and routes；U sing the new type of the balance of the m ain transform er w inding instead of SVG step-dow n transform ers,save the investm ent cost；Equipped with intelligent online m onitoring device，the realization of the m ain transform er of intelligent m anagem ent，im prove the safety and econom ic behavior of the w ind farm，it is of high popularization value.

m ulti-function transform er；wind farm；application

TM 614

B

2095-3429（2017）01-0063-03

2016-12-12

蘇衛(wèi)東（1967-），男，寧夏銀川人，高級電氣工程師，高級變電檢修技師，企劃部主任，主要從事新能源企業(yè)管理工作，曾主持風電技術(shù)管理研究、區(qū)域風電場遠程監(jiān)控研究應(yīng)用、風電機組在線遠程故障診斷研究應(yīng)用、光伏發(fā)電預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)的研究應(yīng)用等華電集團公司重大科技項目，并獲多項華電集團科學技術(shù)進步獎。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.015