CN101968993B - 220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器，包括铁心、第一低压线圈、高压调压线圈、高压线圈和第二低压线圈，由内而外依次排列铁心、第一低压线圈、高压调压线圈、高压线圈和第二低压线圈，其中第一低压线圈和第二低压线圈为低压分裂绕组的两个分支，在高压线圈与外侧的第二低压线圈之间的主绝缘间隙中设置接地屏蔽。当它应用于外送电能的改进型的接线方式的风电场时，可以有效地提高风电场升压输电系统的整体低电压穿越能力，并具有很强的抗雷电冲击能力。

Description

220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器

技术领域

本发明属于变压器领域，具体地说是涉及一种220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器。

背景技术

新能源开发和能源危机是当前能源领域两大热点问题。

从能源的源头来说，人们把传统化石能源比作“昨天的阳光”，而新能源则是“今天的阳光”，可见人们对新能源的热衷程度。目前来看，由于太阳能发电成本较高，生物质能源有局限性，地热能、潮汐能又很有限，相比之下风电最受宠。

风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

然而，风电是一种波动性、间歇性电源，大规模并网运行会对局部电网的稳定运行造成影响。目前，世界风电发达国家都在积极开展大规模风电并网的研究。随着近两年我国大型风电基地建设步伐逐步加快，如何解决大规模风电并网问题迫在眉睫。

由于目前没有风电机组和风电场入网标准和检测标准，绝大部分风电机组的功率曲线、电能质量、有功和无功调节性能、低电压穿越能力等都没有经过有资质机构的检测。2009年吉林省电网连续发生40万千瓦风电机组同时切除的情况，其原因就是这些机组不具备低电压穿越能力。还有一些电气化铁路附近的风电场，由于抗干扰能力不强，在火车经过时经常发生机组切除现象。

低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。

风电机组应该具有低电压穿越能力：

a)风电场必须具有在电压跌至20％额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力；

b)风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90％时，风电场必须保持并网运行；

c)风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90％时，风电场必须不间断并网运行。

风电场的一般的接线方式如图5所示；当前兆瓦级的风力发电机组F的输出电压通常为690V，经过设置无励磁调压装置的风电集电变压器T1将0.69kV升压为10.5kV或38.5kV，然后经输电线输送数公里后再通过单回路接线接至设置有有载调压分接开关的双圈变压器T3升压至220千伏送入超高压电网；该种接线方式及结构形式对风电机组的低电压穿越能力的要求如上文所述。

基于当前的风电机组性能状况，其很难达到要求的低电压穿越能力，因此，就会发生上文所述的2009年吉林省电网连续发生40万千瓦风电机组同时切除的情况，这也是制约风电大规模并网运行的主要因素之一。另外，风电集电变压器作为风电场的第一级升压变压器，它的前一级风力发电机组具有完善的自动保护装置，但风电集电变压器低压出线端和风机保护装置之间有一段电缆线路，它有可能因外因作用而引起短路。风电集电变压器高压出线端与220千伏双圈升压变压器之间的较长距离输电线路也存在外部因素引起短路的可能性。因此，如果发生以上的短路情况，对于单回路受电的普通的220千伏双圈有载调压升压变压器来说，该变压器可能将被切除，则将引起局部的电压较大的波动，影响电网的电能质量。

同时，由于变压器高、低压线圈之间存在电容耦合作用，在220千伏线端遭受雷电冲击时，这个过电压将在相邻的低压线圈上感应出一个移行电压，由于变比较大，这个移行电压很可能超出低压线圈的正常绝缘水平，而且，这个移行电压将通过低压出线传向下一级的风电集电变压器并在严重的情况下可能破坏其绝缘。

上述因素均降低了风电场输送电能的稳定性。

发明内容

本发明的目的是要提供一种既能提高风电场升压输电系统的整体低电压穿越能力和抗短路能力又能提高抗雷电冲击能力且使得风电场输送电能稳定性高的220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器。

本发明为了达到上述目的的技术方案是：一种220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器，包括铁心、第一低压线圈、高压调压线圈、高压线圈和第二低压线圈，其改进点在于：由内而外依次排列铁心、第一低压线圈、高压调压线圈、高压线圈和第二低压线圈，其中第一低压线圈和第二低压线圈为低压分裂绕组的两个分支，在高压线圈与外侧的第二低压线圈之间的主绝缘间隙中设置接地屏蔽。

所述接地屏蔽包括折边纸槽、铜箔、纸板和铜带，所述铜箔穿在折边纸槽中，多个折边纸槽排列布置并粘合在纸板表面上，且所述铜箔的表面具有绝缘纸，所述铜箔与铜带锡焊后引出接地。

由于采用了上述线圈排列方式，低压分裂绕组的两个分支低压线圈和低压线圈可以独立运行且相互备用，也可以并联运行；而当某一分支发生短路故障时，另一非故障分支的负载仍可在接近额定的电压下维持运行；另外，本发明的半穿越短路阻抗较高(通常在20％左右)，可有效地限制短路电流，故具有较强的抗短路能力，能避免由于局部风电机组切除或局部短路引起的电压波动，提升了输电质量，可以有效地提高风电场升压输电系统的整体低电压穿越能力；由于在高压线圈与外侧的第二低压线圈之间的主绝缘间隙中设置接地屏蔽，且接地屏蔽由折边纸槽、铜箔、纸板等制造而成，并用铜带与铜箔锡焊后引出接地，此结构有效地屏蔽了高压线圈雷电冲击过电压时在外侧的第二低压线圈中可能耦合产生的过电压，保护了与低压出线侧相连接的下一级风电集电变压器，显著提升了风电变压器的抗雷电冲击能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明中的接地屏蔽6的结构示意图；

图3为接地屏蔽6的纸板9、折边纸槽7和铜箔8的装配关系示意图；

图4是大型风电场外送电能的使用本发明后的接线方式；

图5是大型风电场外送电能的一般的接线方式。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明作出进一步详细说明。

如图1所示，一种220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器，包括铁心1、第一低压线圈2、高压调压线圈3、高压线圈4和第二低压线圈5，由内而外依次排列铁心1、第一低压线圈2、高压调压线圈3、高压线圈4和第二低压线圈5，其中第一低压线圈2和第二低压线圈5为低压分裂绕组的两个分支，在高压线圈4与外侧的第二低压线圈5之间的主绝缘间隙中设置接地屏蔽6。

如图2、3所示，所述接地屏蔽6包括折边纸槽7、铜箔8、纸板9和铜带10，所述铜箔8穿在折边纸槽7中，多个折边纸槽7排列布置并粘合在纸板9表面上，且所述铜箔8的表面具有绝缘纸，所述铜箔8与铜带10锡焊后引出接地。多个折边纸槽7紧密排列。所述绝缘纸厚0.1mm。图2中U表示上部，L表示下部。

在上述220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器中，第一低压线圈2和第二低压线圈5为低压分裂绕组的两个分支，它们分别设置于高压线圈4的两侧，形成辐向分裂结构。这种辐向分裂结构的变压器的突出优点是：分裂绕组的两个分支可以独立运行且相互备用，也可以并联运行；而当某一分支发生短路故障时，另一非故障分支的负载仍可在接近额定的电压下维持运行；另外，该种变压器的半穿越短路阻抗较高(通常在20％左右)，可有效地限制短路电流，故具有较强的抗短路能力。当它应用于采用附图4所示的外送电能的改进型的接线方式的大型风电场时，当前兆瓦级的风力发电机组F的输出电压通常为690V，经过设置无励磁调压装置的风电集电变压器T1将0.69kV升压为10.5kV或38.5kV，然后经输电线输送数公里后再通过单回路接线接至设置220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器T2升压至220千伏送入超高压电网；有效地提高了风电场升压输电系统的整体低电压穿越能力，避免了由于局部风电机组切除或局部短路引起的电压波动，提升了输电质量。

高压调压线圈3设置于内侧的第一低压线圈2和高压线圈4之间，不仅充分利用了它们之间的主绝缘间隙，而且高压调压线圈3还发挥了电场屏蔽的作用，降低了高压线圈4雷电冲击过电压时在内侧第一低压线圈2中可能耦合产生的过电压；在高压线圈4与外侧的第二低压线圈5之间的主绝缘间隙中设置接地屏蔽6，则有效地屏蔽了高压线圈雷电冲击过电压时在外侧的第二低压线圈5中可能耦合产生的过电压，保护了与低压出线侧相连接的下一级风电集电变压器。如此，则显著提升了风电变压器的抗雷电冲击能力。

本发明的这种低压绕组辐向分裂式有载调压变压器结构可以普遍应用在从75MVA到200MVA的大容量有载调压风电变压器上。

Claims (1)

1.一种220千伏级低压绕组分裂式有载调压风电变压器，包括铁心(1)、第一低压线圈(2)、高压调压线圈(3)、高压线圈(4)和第二低压线圈(5)，其特征在于：由内而外依次排列铁心(1)、第一低压线圈(2)、高压调压线圈(3)、高压线圈(4)和第二低压线圈(5)，其中第一低压线圈(2)和第二低压线圈(5)为低压分裂绕组的两个分支，在高压线圈(4)与外侧的第二低压线圈(5)之间的主绝缘间隙中设置接地屏蔽(6)，所述接地屏蔽(6)包括折边纸槽(7)、铜箔(8)、纸板(9)和铜带(10)，所述铜箔(8)穿在折边纸槽(7)中，多个折边纸槽(7)排列布置并粘合在纸板(9)表面上，且所述铜箔(8)的表面具有绝缘纸，所述铜箔(8)与铜带(10)锡焊后引出接地。

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