一种新型智能风电机组箱变及应用分析

苏卫东（华电国际宁夏新能源发电有限公司，宁夏银川750002）

一种新型智能风电机组箱变及应用分析

苏卫东
（华电国际宁夏新能源发电有限公司，宁夏银川750002）

分析了目前风电场风机箱变的现状，提出了改进技术措施，形成一种新型智能箱变，采用架空线进线代替易出故障的电缆，主副油箱油质完全隔离，加装了智能监控装置，实现了风机箱变的智能化管理，提高了风电场的安全性和经济性。

智能；箱变；应用分析

0 引言

风能资源是一种可再生的清洁资源，近几年，随着国内风力发电的迅速发展,箱变作为风电机组配套的电气设备，被大量广泛应用，箱变运行的安全性越来越受到关注。由于风电场的外部环境比较恶劣，风机箱变分布比较广泛，而箱变不能进行远方监控，导致箱变在运行过程中出现问题不能及时发现，箱变故障时有发生，直接影响发电机组的安全经济运行，甚至烧毁风电机组，造成重大的经济损失。

1 现状分析

目前国内风电机组箱变大多选用充油箱式变压器，由于箱变设计不合理、质量参差不齐、安装工艺不标准等原因，箱变运行故障率较高，可靠性较低，影响了风电场的安全经济运行，主要表现在以下方面:

（1）电缆接头故障率高。箱变高压进线电缆，电缆为弱绝缘设备，受电缆材料、电缆头制作工艺、外界环境等条件的影响，容易发生单相接地故障，影响风电机组、变频器等系统设备的安全运行，严重时可能造成风电场大面积脱网事故。

（2）风机箱变油质容易污染。箱变主油箱与副油箱联通，负荷开关操作次数相对较高，副油箱内负荷开关分合产生的乙炔等气体污染主油箱，使变压器油变质、碳化，影响其绝缘性能，造成油样色谱分析不能正确反映变压器的健康状况，存在安全隐患。

（3）运行监控难度大。大多风电场地处偏远，布置分散，点多面广，现场设备巡视存在不到位现象，造成了运行管控难度大，影响风机箱变的安全运行。

以上几点是影响箱变安全经济运行的主要难题，必须从技术上解决，提高风机箱变运行的可靠性，降低运行维护成本，提高风电场的经济效益。

2 改进技术措施

针对以上问题，采取的主要技术措施有:

2.1 箱变架空进线

为彻底解决电缆接头故障率高的问题，取消箱变高压侧电缆接线方式，采用经套管引出的裸导体接线形式。裸导线接头包覆绝缘材料，套管相间及对地要有足够的电气安全距离，满足电气设备防污闪要求。改进前后的接线方式如图1、图2所示。

图1 箱变高压侧电缆接线方式

图2 经套管引出的裸导体接线方式

2.2 主副油箱隔离

将箱变副油箱与主油箱密封隔离，防止变压器油渗漏造成污染，油箱内部电气系统通过穿墙套管进行连接。主油箱和副油箱分别装设油品取样阀，定期取样化验监督变压器油；分别安装油位计和压力释放阀，用以监测和保护变压器的安全运行。箱变主、副油箱改进前后结构如图3、图4所示。

图3 箱变主、副连通结构

图4 箱变主、副密封隔离结构

2.3 安装在线监测装置

加装箱变电流、电压、温度、低压断路器位置信号、故障信号等测点，通过光缆线路引接至集控室，实现在线式监测、设备故障诊断等箱变智能监控功能。箱变在线监测装置如图5所示。

图5 箱变在线监测装置

3 新型箱变结构特点

（1）箱体:箱变外壳全封闭（无百叶窗，底部封堵，门框加密封条）。本体设油枕，负荷开关所处的辅油箱顶部留有适当空间以调节油位，主、副油箱相互独立，油路不连通。

（2）变压器及低压柜，为全密封结构。

（3）箱体有足够的机械强度，外壳油漆喷涂均匀，抗暴晒、抗腐蚀（能耐受海边等强腐蚀环境），并有牢固的附着力。防护等级IP54。

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（4）母线采用绝缘母线，并设有安全防护措施。

（5）每台箱式变电站内部装设照明及智能驱潮装置。

（6）箱变基础抬高约2m，保证架空裸导线对地安全距离:箱变基础1500mm+箱变本体高度+套管≥4500mm。上下台阶采用钢梯结构。

（7）箱变一次接线示意图如图6所示。

图6 箱变一次接线示意图

4 箱变智能监控装置

每台风机箱变的低压开关柜内设置一台箱变测控装置和相应的光纤连接设备，以便采集箱变内的各种电气量参数和非电气量参数，以满足综合自动化系统的测控要求。

智能箱变测控装置采用内嵌式自愈光纤环形以太网交换机，光纤接口采用单模或多模接口，便于现场安装，通讯规约采用标准的I E C103/104规约，可方便地与各厂家的升压站综自系统接入。

装置要求如下:

（1）至少具有20路遥信开入、5路继电器输出、2路直流量输入。

（2）具有交流采样功能，可直接采集690V三相电压；具有非电量保护功能，包括:变压器油位、油温；具有箱变内负荷开关位置信号、变压器温度信号、高温报警、高温跳闸、断路器位置信号、变压器低压侧100V电压、5A电流等信号的远传功能。

（3）有零序保护功能、遥控功能，对开关实现远程控分和控合。

（4）智能箱变测控装置具有人机接口显示单元。

5 应用分析

（1）箱变高压侧取消电缆进线，采用架空导线，从根本上消除了高压电缆接头容易烧毁的隐患，减少了设备故障率，提高了风电机组的利用率，保障了电网安全。

（2）箱变主油箱与负荷开关副油箱完全分开，避免了副油箱对主油箱的污染，可以通过检测主油箱的油质变化，查找箱变可能存在的安全隐患，及时采取措施针对处理，防止造成设备损坏事件，提高了系统安全可靠运行水平。

（3）新型箱变安装在线智能监测装置，解决了难以监控的问题，能及时发现箱变油温高、箱变过载、压力释放阀动作、油位低等设备异常，便于风电场生产管理人员及时采取措施处理问题，实现了对风电场生产的智能化管理，提高了箱变运行可靠性，减少了生产人员巡视、维护工作量。

（4）新型智能箱变结构简单，运行可靠，在宁夏某新能源公司成功应用后，对后续新建风电场进行了推广，取得了良好的效果。

6 结语

新型智能箱变的应用，提高了风电系统的可靠性，实现了对风机箱变生产管理的智能化、科学化管理，提高了风电场生产管理水平，保证了风电场的安全经济稳定运行和整体发电效益的最大化，具有较高的推广和应用价值。

[1]王朝辉，任彦忠，王川.北方寒冷地区风电场部分箱变故障汇总及原因分析[J].电气应用，2011（21）：66-68.

[2]曹飞飞，肖承仟.由两起电缆头引发的事故谈美式箱变的应用[J].河南电力，2006（01）.

New Type of Intelligent Wind Transformer and Application Analysis

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

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intelli g ent；tran sf ormer；a pp lication analy s i s

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.006

TM614

B

2095-3429（2017）03-0023-03

2017-04-11

修回日期：2017-06-02

苏卫东（1967-），男，宁夏银川人，高级电气工程师，高级变电检修技师，主要从事新能源企业管理工作。