3浅谈风电场箱式变电站的设计

浅谈风电场箱式变电站的设计中山市明阳电器有限公司付云冬邮编：582437摘要：箱式变压器是将传统变压器、高低压开关柜集中设计在箱式壳体中，具有体积小、重量轻、低噪声、低损耗、高可靠性等特点。广泛应用于风力发电场、住宅小区、商业中心、轻轨站、机场、厂矿、企业、医院、学校等场所。关键词：组合式变压器自动化一体化电气设备Abstract:Thetraditionaltransformer,box-typetransformerhighandlowpressureswitchcabinetcentralizeddesignintheboxcasing,hastheadvantagesofsmallvolume,lightweight,lownoise,lowloss,highreliability.widelyusedinwindfarms,residentialquarters,commercialcenter,thelightrailstation,airports,factoriesandmines,enterprises,hospitals,schoolandotherplaces.Keywords:combinedtransformer;Automation;Integrated;Electricalequipment一.简单介绍1.组合式变压器(俗称美式箱变也叫箱式变压器)是将变压器、高压受电部分的负荷开关及保护装置、低压配电装置、低压计量系统和无功补偿装置组合在一起的成套变配电设备。2.组合式变压器(俗称美式箱变)主要特点：全密封、全绝缘、结构紧凑、外形美观、体积仅为箱式变电站（欧式箱变）的1/3左右。无须配电房，可直接安放在室内或室外，也可安放在街道两旁和绿化带内，可靠地保证了人身安全，既是供电设施，又可装点环境。组合式变压器(俗称美式箱变也叫箱式变压器)可用于终端供电和环网供电，转换十分方便，保证了供电的可靠性、灵活性。3.采用双熔丝全范围保护方式，大大降低了运行成本。熔芯安装在玻璃纤维圆筒内与变压器油分离，熔芯的安装和更换在变压器油箱外通过绝缘手柄操作，可方便的在现场更换熔芯。采用不同的熔芯串联的全范围熔芯，可以为变压器提供过载和短路故障的保护。10kV套管电缆头可在200A负荷电流下多次插拔，在紧急情况下作负荷开关使用，并具有隔离开关的特点。组合式变压器(俗称美式箱变也叫箱式变压器)采用国内9型、11型配电变压器，损耗低，噪音低，使用寿命长。二.箱式变电站的特点箱式变电站主要由多回路高压开关系统、铠装母线、变电站综合自动化系统、通讯、远动、计量、电容补偿及直流电源等电气单元组合而成，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，主要有以下特点：（1）技术先进安全可靠箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，保证20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在-40℃～+40℃的恶劣环境下正常运行。箱体内一次设备采用全封闭高压开关柜(如：XGN型)、干式变压器、干式互感器、真空断路器，弹簧操作机构、旋转隔离开关等国内技术领先设备，产品无裸露带电部分，为全封闭、全绝缘结构，完全能达到零触电事故，全站可实现无油化运行，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。(2)自动化程度高全站智能化设计，保护系统采用变电站微机综合自动化装置，分散安装，可实现四遥，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制和远方烟雾报警，满足无人值班的要求；根据需要还可实现图像远程监控。(3)工厂预制化设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求，做出一次主接线图和箱外设备的设计，就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电站建设工厂化，缩短了设计制造周期；现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～8天的时间，大大缩短了建设工期。(4)组合方式灵活箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，一方面，我们可以全部采用箱式，也就是说，35kV及10kV设备全部箱内安装，组成全箱式变电站；也可以仅用10kV开关箱，35kV设备室外安装，10kV设备及控保系统箱内安装，对于这种组合方式，特别适用于农网改造中的旧站改造，即原有35kV设备不动，仅安装一个10kV开关箱即可达到无人值守的要求。总之，箱式变电站没有固定的组合模式，使用单位可根据实际情况自由组合一些模式，以满足安全运行的需要。(5)投资省见效快箱式变电站较同规模常规变电所减少投资40%～50%，以35kV单主变4000kVA规模变电所计算，土建工程(包括征地费用)箱式变电站要比常规变电所节约100余万元；若从竣工投产角度分析，保守估计按每站提前4个月投运计算，若平均负荷2000kW，售电利润0.10元，三个月可增加净利润60余万元；从运行角度分析，在箱式变电站中，由于先进设备的选用，特别是无油设备运行，从根本上彻底解决了常规变电所中的设备渗漏问题，变电站可实行状态检修，减少维护工作量，每年可节约运行维护费用10万元左右，整体经济效益十分可观。(6)占地面积小以4000kVA单主变规模变电所为例，建设一座常规35kV变电所，大约需占地3000m2左右，而且需要进行大规模的土建工程；而选用箱式变电站，主变箱和开关箱两箱体占地面积最小可至100m2，包括35kV其他设备总占地面积最大为300m2，仅为同规模变电所占地面积的1/10，可充分利用街心、广场及工厂角隅即可安装投产，符合国家节约土地的政策。(7)外形美观，易与环境协调箱体外壳采用镀铝锌钢板及集装箱制造技术，外形设计美观，在保证供电可靠性前提下，通过选择箱式变电站的外壳颜色，从而极易与周围环境协调一致，特别适用于城市建设，如：城市居民住宅小区、车站、港口、机场、公园、绿化带等人口密集地区，它既可作为固定式变电所，也可作为移动式变电所，具有点缀和美化环境的作用。三.一体化箱式变电站的结构设计具有代表性的做法有两种:（1）一体化箱式变电站箱体大部分采用普通的彩钢板材料，骨架采用硬金属材料整体焊接工艺，外层用0.8～1.0mm的彩钢板，或者用镀锌钢板，或用钢板在金属底层经过热喷锌及表层喷塑处理，中间夹层采用聚胺脂材料、聚苯乙烯泡沫材料。这种方式存在抗曝晒、抗阳光辐射性差，隔热保温性能差，且容易产生凝露的缺陷。（2）一种箱体外墙材料采用金邦板—它是以水泥、粉煤灰、硅粉、珍珠岩为主要原料，加入复合纤维增强，经真空高压挤出成型，并经高温高压蒸汽养护、精细加工与多层喷涂而成。它具有绿色环保、轻质高强、隔音隔热、耐水防火、耐候抗冻等方面的特点。整个箱体采用高强度型钢（工字钢）组成的骨架构成基本承重框架，以保证箱体具有出色的抗震、抗风性能。采用外保温方式，整个箱体的墙壁是由金邦板、通气层、防湿密封薄膜、欧松板、保温材料、钢结构（薄壁方管）、纸面石膏板等材料组成。因此它具有卓越的气密性和隔热性，能有效地防止室内产生结露现象的发生，更不用担心长期使用会导致箱体腐朽，同时具有防尘、防腐、防潮、防火性能。对环境有良好的协调性，能美化环境，可适应各种气候条件，外形美观,可与周围环境颜色相协调的。世界上很多国家，尤其是欧共体国家的箱式变电站、户外配电箱的箱体，几乎很少使用金属材料制作，而采用非金属材料，大多为玻纤特种水泥结构的箱体。提高其人性化的程度。四.风电场35kV华式箱式变电气设备的选择1.风电场华式箱式变电站集合了美式变电站和欧式变电站的优点，俗称紧凑型箱式变电站，一般采用一机一变方式；变压器部分裸露在柜外，可充分利用风电风大的特点，自然散热，节约投资成本。配电室内，高压侧设有XGN-35型出线柜。其主要参数如下：系统电压：35kV高压侧最高工作电压：40.5kV低压侧额定电压：0.69kV（风力发电机组出口电压）额定频率：50Hz额定绝缘水平变压器高压侧工频耐压：95kV冲击峰值耐压：200kV变压器低压侧：工频耐压：5kV35kV电源从出线侧用电缆引入35kV集线开关柜。箱内装有电缆接头和HY5W-51/134金属氧化物避雷器，柜正面装有GSN-35型感应式电压指示灯。配变控制柜内，装有带接地连锁的35kV负荷开关，它作为配变检修时与电源有明显断开点并安全接地。配变高压侧选用FZRN21-40.5/630-25kA型户内交流高压负荷开关—熔断器组合电器。开关为弹簧储能机构，可手动或电动跳、合闸，作为配变投、切使用。熔断器的熔丝额定电流按配变高压侧额定电流的1.5倍选择，作为配变高压侧过负荷保护。变压器室内，安装S11节能型三相、双绕组、油浸、自冷、低损耗、全密封、免维护铜芯绕组电力变压器。2.根据目前风力发电机组出力容量1.5MW，2MW，3MW机组，变压器容量按1600kVA，2200kVA，3300kVA选择。低压配电室内，安装有中山市明阳电器有限公司生产的GGD3型低压进线配电柜。进线柜内装有KFW2-3200/3P型框架式断路器，该断路器可在低温-40℃正常工作，非常适合我国北方地区和西北地区风电资源丰富的地区选择。断路器具有完善的长、短延时、接地保护等各种保护功能，并有分合闸状态和故障跳闸状态远传接点，并引出至箱变低压间隔电缆进线处端子排。便于箱变监控单元采集信号，实现风电场的无人值班要求。低压侧装设有低压电流互感器、电压互感器，主要用于检测电流箱变的各种电量参数。为了便于箱式变电站、风力发电机组的检修和照明需求，在低压可加装照明检修变压器，容量一般为5kVA为宜，出线柜内装有QSA型隔离开关和KFM2-250M/330D型断路器，开关内有过载、短路的过流保护。另外可根据风电变配电自动化的需求，加装箱变智能监控单元，该单元可以实现电量参数的测量和显示、非电量保护功能、信号收集功能及远传。其最终设计如下图所示。总结风电紧凑型组合式变压器作为输配电系统中重要组成部分，在现代经济生活中发挥着越来越重要的作用。缩短建设周期、减少土地资源投入，资金投入，已成为各大电力建设部门的共识。纵观组合式变压站的这一系列特点，未来将在新能源建设中具有广阔的前景。随着绝缘技术的不断更新，组合式变压站的设计将越来小型化，智能化。也将不断的发展和改善人们的生活。