海上風(fēng)電升壓干式變壓器的設(shè)計(jì)及維護(hù)思考

徐龍霞

摘 要：介紹風(fēng)電升壓干式變壓器在海上特殊環(huán)境條件下的設(shè)計(jì)及維護(hù)要點(diǎn)

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電干式變壓器;設(shè)計(jì);維護(hù)

引言

風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源，在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速。新能源產(chǎn)業(yè)是國(guó)家扶持發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，沿海地區(qū)利用風(fēng)力發(fā)電，極大降低了電力輸送成本。我國(guó)海上風(fēng)力資源豐富，風(fēng)電變壓器放置于潮間帶，不占用陸地資源，具有廣闊的市場(chǎng)前景，受到很多風(fēng)電開發(fā)商的關(guān)注。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，變壓器作為升壓設(shè)備尤其重要。干式變壓器具有安全可靠、防污防潮、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在海上風(fēng)電機(jī)組中占有量很高。

1變壓器設(shè)計(jì)方案

海上風(fēng)電產(chǎn)品環(huán)境條件比較嚴(yán)苛，需要耐腐蝕、耐潮濕、耐鹽霧，所以在干式變壓器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，必須考慮到環(huán)境對(duì)變壓器本體運(yùn)行的影響。

1.1線圈設(shè)計(jì)

高壓線圈導(dǎo)線選用高導(dǎo)磁無(wú)氧銅線繞制，環(huán)氧樹脂真空澆注成型，環(huán)氧樹脂澆注材料具有難燃自熄特性，該工藝使線圈內(nèi)部無(wú)氣泡，能夠抵御較大的機(jī)械應(yīng)力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，高壓線圈采用分段式結(jié)構(gòu)，能夠很好的抵御較高的脈沖電壓;線圈內(nèi)部增加冷卻風(fēng)道，改善熱流獲得較高的冷卻效果，從而延長(zhǎng)變壓器的運(yùn)行壽命。

低壓線圈采用整體箔式結(jié)構(gòu)，層匝之間采用環(huán)氧預(yù)浸絕緣，線圈端部采用環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行固化，具有額外損耗低、線圈內(nèi)溫度分布均勻、抗短路能力強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)。

1.2鐵芯設(shè)計(jì)

在鐵芯選材上，可以選用低損耗高導(dǎo)磁優(yōu)質(zhì)晶粒取向冷軋硅鋼片，最大程度上滿足對(duì)空載損耗和噪聲的要求。采用階梯接縫疊片方式，可有效降低接縫處的局部磁密，這樣可以有效降低空載損耗，同時(shí)減少運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲;在鐵芯表面刷涂高強(qiáng)度絕緣樹脂漆進(jìn)行防腐蝕處理，它可使鐵心成為一個(gè)堅(jiān)固的整體。該絕緣漆能保護(hù)鐵芯免受周邊環(huán)境的腐蝕;另外絕緣漆還能滲入硅鋼片之間起到彼此絕緣的目的，在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)一步避免了變壓器產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)。

鐵芯整體選用不銹鋼拉板結(jié)構(gòu)拉緊，和夾件夾緊處無(wú)縫對(duì)接，保證鐵芯整體的穩(wěn)固性，在鐵芯底座與鐵芯之間采用階梯墊塊和硅橡膠墊絕緣，夾件與線圈之間采用整體墊塊和硅橡膠墊可靠壓緊，以減少鐵芯整體振動(dòng)，達(dá)到減震降噪的效果。

1.3鋼結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

緊固標(biāo)準(zhǔn)件選用304不銹鋼或熱鍍鋅材料，確保結(jié)構(gòu)件的抗腐蝕能力。鋼結(jié)構(gòu)件表面噴涂專用防腐漆，漆膜厚度不低于240um涂漆均勻一致，以達(dá)到海上防腐防鹽霧要求，整體防腐等級(jí)能達(dá)到C4，完全適合于海上鹽霧、潮濕極端環(huán)境條件。

1.4外殼設(shè)計(jì)方案

殼體設(shè)計(jì)為可拆卸式結(jié)構(gòu)，保護(hù)操作者避免接觸帶電部件，所有部件都連接地線。殼體選用熱鍍鋅鋼板，外殼防護(hù)等級(jí)IP44，可以有效的適用于海上鹽霧、潮濕極端環(huán)境條件。

外殼上可以安裝通風(fēng)道，每個(gè)通風(fēng)道中裝有冷卻器和離心式風(fēng)扇，變壓器在內(nèi)部冷卻回路中需要提供一定數(shù)量的風(fēng)扇，放置在殼體側(cè)面的冷卻通道內(nèi)。根據(jù)操作要求來(lái)決定啟動(dòng)風(fēng)扇。變壓器與外殼之間安裝氣流導(dǎo)向板，空氣經(jīng)過導(dǎo)流直接通過變壓器器身，冷卻效率高。

外殼上設(shè)計(jì)配備控制箱，材質(zhì)為鍍鋅板。控制箱可以根據(jù)技術(shù)要求配置溫控器等部件，對(duì)殼體上風(fēng)扇及一些輔助部件進(jìn)行控制和保護(hù)，所有的保護(hù)輸出信號(hào)和監(jiān)控電子器件引到接線箱中的接線端子排上，在這可以傳到主控制室來(lái)分析和操作。整體提高變壓器適用安全性。

2變壓器運(yùn)行維護(hù)要點(diǎn)分析

2.1溫度控制

干式變壓器在某些應(yīng)用中具有許多優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用過程中也會(huì)受到多種因素的影響。例如，通風(fēng)條件是重要的因素。使用干式變壓器時(shí)，如果放置場(chǎng)所的通風(fēng)條件較差，則干式變壓器的散熱性能會(huì)大大降低，在嚴(yán)重的情況下，干式變壓器的散熱性能降低會(huì)導(dǎo)致變壓器受損，影響應(yīng)用。如果無(wú)法改善干式變壓器位置的通風(fēng)條件，則必須采取其他措施來(lái)解決此問題，并且許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，如果溫度得到控制，可以解決干式變壓器的這個(gè)問題。

2.2定期清潔

在干式變壓器的長(zhǎng)期使用過程中，內(nèi)部和外部都會(huì)產(chǎn)生大量灰塵，這會(huì)影響其性能，因此需要定期清潔以保持干式變壓器的性能。滿足應(yīng)用要求，定期清潔干式變壓器可防止在應(yīng)用過程中絕緣擊穿。

2.3增加對(duì)溫度控制器的關(guān)注

工作人員應(yīng)更加注意溫度控制器的更換，以檢查干燥的變壓器，并確保變壓器的三個(gè)溫度值低于平衡狀態(tài)。當(dāng)前，大多數(shù)干式變壓器使用銷釘插頭連接溫度控制單元和內(nèi)部熱敏電阻。在分析干式變壓器的結(jié)構(gòu)時(shí)，如果針狀插頭的接觸不良，則在使用過程中對(duì)溫度控制單元的判斷將失敗。因此，員工應(yīng)能夠通過合理的措施處理發(fā)現(xiàn)的問題，以更加注意恒溫器的變化，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問題，并改善干式變壓器的性能。

2.4干式變壓器預(yù)啟動(dòng)檢查

在啟動(dòng)干式變壓器之前，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的檢查，以減少使用期間干式變壓器的磨損。如果在檢查工作中發(fā)現(xiàn)有水分，則必須立即使用設(shè)備干燥干式變壓器的潮濕部分，以便在干式變壓器運(yùn)行期間最大程度地避免絕緣擊穿。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果，干式變壓器的凝結(jié)現(xiàn)象出現(xiàn)在變壓器的表面上，并且不影響干式變壓器的內(nèi)部絕緣性能。在干式變壓器的某些運(yùn)行期間，在機(jī)身的操作期間產(chǎn)生大量的熱能，并且絕緣電阻持續(xù)增加，使得絕緣電阻始終處于正常應(yīng)用狀態(tài)，可以確保良好的性能并為人們提供穩(wěn)定的電能。

2.5設(shè)備固件和組件驗(yàn)證

在實(shí)際操作中，工作人員必須改進(jìn)對(duì)設(shè)備固件和組件的詳細(xì)檢查，以確保設(shè)備固件緊密連接且設(shè)備的連接部件沒有損壞。固件和組件松散會(huì)在干式變壓器應(yīng)用中產(chǎn)生熱點(diǎn)。為避免這些不良現(xiàn)象，通常可以通過在末端放置一塊帶有溫度標(biāo)記的蠟片來(lái)進(jìn)行觀察。干式變壓器在使用過程中沒有問題。此外，員工必須定期執(zhí)行除銹工作，以防止鐵芯生銹。

3風(fēng)電干式變壓器的未來(lái)發(fā)展方向

隨著風(fēng)電干式變壓器的普及和應(yīng)用，制造技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。產(chǎn)品性能和工藝技術(shù)已得到顯著改善。為了減少變壓器的損耗，必須在穩(wěn)定運(yùn)行且不增加重量的前提下，采用新技術(shù)，新結(jié)構(gòu)和新工藝，以減少變壓器的空載損耗和負(fù)荷損耗的成本和材料。空載損耗應(yīng)作為硅鋼板重量和測(cè)得的空載損耗之比，以及該頻率與磁密度單位重量的損耗之比來(lái)測(cè)量。僅使用高質(zhì)量硅鋼板并增加硅鋼板的量不能實(shí)現(xiàn)低損耗。應(yīng)該分析負(fù)載損耗，額外的負(fù)載損耗損耗是否很小。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保受到越來(lái)越多的關(guān)注。我國(guó)于2013年6月頒布了《三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)》。除能效標(biāo)準(zhǔn)外，還對(duì)各種指標(biāo)（例如環(huán)境噪聲水平和二氧化碳排放量）進(jìn)行了限制。可以看出，安全性、可靠性、節(jié)能、環(huán)保和成本已成為產(chǎn)品制造的五個(gè)主要因素。

樹脂絕緣干式變壓器經(jīng)過了半個(gè)世紀(jì)的不懈努力，開發(fā)了各種技術(shù)，但仍存在困擾著變壓器制造商一些問題。首先是局部放電問題尚未完全解決。其次是環(huán)境保護(hù)，用環(huán)氧樹脂封裝的導(dǎo)體難以回收和再利用。如今，絕緣材料的性能得到了極大的提高，產(chǎn)品的安全性和可靠性得到了進(jìn)一步的提高，同時(shí)確保了變壓器在更惡劣的環(huán)境中的運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

隨著海上風(fēng)電干式變壓器在新能源開發(fā)中的使用越來(lái)越廣泛，需要重點(diǎn)考慮海上風(fēng)電機(jī)組的使用環(huán)境和安全性能要求，在設(shè)計(jì)干式變壓器時(shí)需要重點(diǎn)對(duì)變壓器的防腐防潮、通風(fēng)散熱以及維護(hù)上進(jìn)行特別設(shè)計(jì)。海上風(fēng)電干式變壓器目前受到廣泛關(guān)注，現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行日常的操作和維護(hù)，同時(shí)對(duì)干式變壓器進(jìn)行定期和不定期的現(xiàn)場(chǎng)檢查，確保干式變壓器的運(yùn)行狀態(tài)正常。同時(shí)，合理維護(hù)干式變式器，可以延長(zhǎng)干式變壓器的使用壽命。

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