风电箱变知识培训

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高压无保护名称美变欧变裸变台数5139882763容量（MVA）8604.31590.11067.6平均容量（kVA）167418031399总台数67843、风电机组变的数据统计1）风电机组变台数和容量统计风电机组变容量比例统计（单位：MVA）欧变14.1%裸变9.5%美变76.4%美变欧变裸变2）2007-2012年风电机组变供货情况：序号风电公司总数美变欧变裸变容量（MVA）比例（%）容量（MVA）比例（%）容量（MVA）比例（%）容量（MVA）比例（%）1龙源电力1736.3015.421627.5018.91108.8010.192大唐1542.0013.691128.8013.12174.9011.00238.3022.323国电电力1491.3513.241491.3517.334国华投资1132.0010.05548.956.38211.2013.28371.8534.835华能电力972.708.64105.601.23867.1054.536中广核607.005.39500.605.82106.406.697华电405.803.60378.804.4027.002.538华润电力395.403.51395.404.609中电投382.903.40272.503.17110.4010.3410其他2596.5723.062154.8225.04230.5514.50211.219.78合计11262.028604.321590.151067.55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2007-2012年风电机组变总平均容量统计(kVA):16001557145815951745195005001000150020002500平均容量平均容量160015571458159517451950200720082009201020112012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2007-2012年各类风电机组变所占比例（容量）统计：65.6%82.3%0.0%2.5%6.3%28.1%0.0%0.0%94.4%100.0%72.1%77.0%17.7%13.0%23.0%14.9%3.1%0.0%0%20%40%60%80%100%120%美变欧变裸变美变100.0%94.4%65.6%72.1%82.3%77.0%欧变0.0%2.5%6.3%13.0%17.7%23.0%裸变0.0%3.1%28.1%14.9%0.0%0.0%200720082009201020112012欧变型式中，“紧凑型”欧变方案成为主流方案2008-2012年风电欧变两种型式比例（容量：MVA）：常规型15.94%紧凑型84.06%常规型紧凑型三、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：56.44%30.69%12.87%0%10%20%30%40%50%60%附件类结构制作类现场安装类各类故障占故障总数比例：系列1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•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37238160510152025690V低压主断路器35kV级油浸式负荷开关组合式过电保护器全范围限流熔断器环氧浇注类附件主要附件故障台数：系列1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。0246810121416箱变柜体密封抗长途运输预留电缆安装空间1588结构制作类缺陷台数：系列1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940246810电缆制作套管连接架空线过紧现场安装类故障台数：系列12、故障分析和改进1）环氧浇注类附件故障故障描述：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/油位至高压线路至低压线路至二次回路AAAVVV高压室变压器低压室美变方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/瓦斯至高压线路高压室低压室变压器至低压线路至二次回路VVV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