CN109036806B - 一种四回路光伏发电干式变压器 - Google Patents

一种四回路光伏发电干式变压器 Download PDF

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Abstract

本发明为一种四回路光伏发电干式变压器，与现有技术相比，本发明扩大了单元接线方式，适用于大形集中光伏电站的应用，相比方案1的单回路，方案2的双回路变压器，本发明的四回路升压变压器同等装机容量下成本明显低于方案1和方案2，同时四回路变压器由于结构优势，实现了四台逆变器之间的电气隔离，不但减小了四支路间的电磁干扰及环流影响，并且四台逆变器的交流输出分别经变压器滤波，输出电流谐波小，提高了输出的电能质量。考虑短路情况的发生，在当一个支路发生短路时，除能有效地限制短路电流外，还能使另一支路电压保持一定水平，不致影响用户的运行。

Description

一种四回路光伏发电干式变压器
技术领域
本专利涉及变压器制造技术，属于电工技术领域，特别涉及一种四回路光伏发电干式变压器。
背景技术
在全球低碳减排、清洁能源的政策驱动下，中国已经成为光伏市场上新增装机容量和累积装机容量的世界第一。今后随着更高低碳排放要求的提出，以及分布式电站的发展，光伏发电行业将有更多发展机遇。
目前大型光伏电站以500kW作为基本的发电单元，市面主流的逆变器容量也为500kW，逆变器与箱式变电站的连接是整个光伏发电系统中关键的一步，因此考虑成本控制，选择技术合理的升压方案就很有必要，基于此，四分裂变压器给出了完美的答案。
光伏发电中的逆变器分为两种，一种为集中式逆变器，设备功率为50KW到630KW之间，因此在大形光伏电站以500KW或630KW作为基本的发电单元。
发电单元与升压变的接线，主要指的是逆变器与变压器的接线，一般有如下两种方式：
①一个500kW发电单元直接与一台双绕组的500kVA干式变压器相连。（如图1所示）
②两个500kW发电单元与一台1000kVA的低压双分裂的干式变压器相连，两台逆变器之间电气隔离，不会产生相互之间的环流影响。（如图2所示）
方案1：500kW发电单元与1台500kVA双绕组升压变组成发电机-双绕组变压器单元接线;
方案2：两个500kW发电单元与一台1000kVA双绕组升压变组成发电机-双绕组变压器扩大单元接线;
方案1每个发电单元对应1个升压变压器，虽具备单元接线结构简洁、可靠性较高的优点，但相比方案2，其在成本方面的劣势不言自明，一般适用于发电单元较为分散的工程中，为了降低线损及降低导线成本，可考虑此种接线方式，但并不适合于集中光伏电站的应用。
第一种方式（如图1所示）接线简单，每台升压变故障仅影响与其相连的500kW光伏发电的组件，但这种方式，每500kW发电单元需要配备一套500kVA升压、配电单元，成本高，适用于场地分散、多点并网的情况，一般就地升压的方式。
第二种方式（如图2所示）采用每两个500kW发电单元采用一套1000kVA升压、配电单元。投资成本明显低于第一中方式，因此采用双分裂干式变压器成为集中式光伏发电的首选升压方式。如何在第二种方式情况下，扩大容量，同等装机容量下进一步降低成本，是本发明研究的重点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明为一种四回路光伏发电干式变压器，其技术方案为：
包括上夹持件（12-1）、下夹持件（12-2）、位于下夹持件（12-2）下方的底座和位于上夹持件（12-1）和下夹持件（12-2）之间的铁芯（5），套装于铁芯上的高低压绕组，每台变压器包括一个高压绕组（6）、四个低压绕组，高压绕组的A/B/C相3个高压线圈之间通过高压连接线11连接，所述低压绕组包括低压绕组I（1）、低压绕组II（2）、低压绕组III（3）和低压绕组IV（4），所述高压绕组（6）的上部为低压绕组I（1）和低压绕组II（2），其下部为低压绕组III（3）和低压绕组IV（4），所述铁芯（5）的两侧分别为高压侧和低压侧，低压绕组I（1）和低压绕组II（2）从上铁轭高低压侧引出，低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）从下铁轭高低压侧引出，低压绕组I（1）和低压绕组II（2）与高压绕组的相位角为滞后高压11点，低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）与高压绕组的相位角为滞后高压绕组5点，低压绕组I（1）和低压绕组II（2）的中性点分别布置在下铁轭的低压侧和高压侧，低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）的中性点分别布置在上铁轭的低压侧和高压侧；
每个低压绕组采用2×8，16根低压扁铜导线（10）进行绕制，16根铜导线（10）采用双螺旋结构，每个低压绕组内部采用均匀交叉换位，在12根撑条间隔内进行均匀交叉换位。两组铜导线（10）间采用4mm厚的二苯醚燕尾垫块（9）隔开，每个低压绕组内部的16根铜导线（10）采用均匀交叉换位，每个低压绕组间采用二苯醚燕尾垫块（9）进行电气隔离，线圈结构采用饼式绕组结构，线圈绕制完毕后采用VPI工艺进行真空浸漆。
进一步地，所述低压绕组I（1）和低压绕组II（2）与低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）的相位角滞后180°。
一种四回路光伏发电干式变压器的绕线方法，其方法如下：
步骤一，绕线前对铜导线（10）进行分盘处理，将每台的铜导线均匀的分为长度相同的64根导线，绕制时将铜导线分成8组，每两组作为一个低压绕组的导线，每两组间进行均匀交叉换位；
步骤二，绕线时从头绕制到尾，并不断的加入二苯醚燕尾垫块（9），绕制结束后对低压绕组进行压紧，并根据VPI工艺要求进行真空浸漆处理；
步骤三，在绕线过程中只有每个低压绕组的两组导线间进行均匀交叉换位，有电的联系；每个低压绕组之间并没有任何电的联系，之间还通过二苯醚燕尾垫块进行了电气隔离，实现了每个低压绕组间的电气隔离。
本发明的优点为：本发明为一种四回路光伏发电干式变压器，与现有技术相比，本发明扩大了单元接线方式，适用于大形集中光伏电站的应用，相比方案1的单回路，方案2的双回路变压器，本发明的四回路升压变压器同等装机容量下成本明显低于方案1和方案2，同时四回路变压器由于结构优势，实现了四台逆变器之间的电气隔离，不但减小了四支路间的电磁干扰及环流影响，并且四台逆变器的交流输出分别经变压器滤波，输出电流谐波小，提高了输出的电能质量。考虑短路情况的发生，在当一个支路发生短路时，除能有效地限制短路电流外，还能使另一支路电压保持一定水平，不致影响用户的运行。
附图说明
图1为本发明原始一个500kW发电单元与一台双绕组的500kVA干式变压器相连；
图2为本发明原始两个500kW发电单元与一台双分裂的1000kVA干式变压器相连；
图3为本发明四个500kW发电单元与一台2000kVA四分裂升压变组成发电机-四分裂变压器扩大单元接线；
图4为本发明结构示意图；
图5为图4左视图；
图6为本发明接线原理图
图7为本发明低压绕组结构简图；
图8为图7接线图；
图9为本发明燕尾垫块结构示意图；
图10为本发明T型撑条；
图11为图10左视图；
如图所示，1低压绕组I，2低压绕组II，3低压绕组III，4低压绕组IV，5铁芯，6高压绕组，7绝缘筒，8 T型撑条，9二苯醚燕尾垫块，10铜导线，11高压连接母线，12-1上夹持件，12-2下夹持件。
实施方式
如图所示，本发明为一种四回路光伏发电干式变压器，包括上夹持件12-1、下夹持件12-2、位于下夹持件12-2下方的底座和位于上夹持件12-1和下夹持件12-2之间的铁芯5，套装于铁芯上的高低压绕组，每台变压器包括一个高压绕组6（包括A/B/C相三个高压线圈，高压绕组的每相线圈在外观上是一个整体，在电气上也是一个整体）、四个低压绕组（每个低压绕组之间分别包括a/b/c相低压线圈，每相低压线圈在外观上是一个整体，但是在电气上是四个低压线圈，分别属于四个低压绕组），高压绕组的A/B/C相3个高压线圈之间通过高压连接线11连接，该干式变压器可作为2MW(0.5MW×4）四单元集中式光伏发电升压干式变压器，四个低压绕组（四个光伏发电单元）间电气上相互独立，互不干涉，四个发电单元可以同时发电，也可以各个单元单独发电，既降低了成本也便于各个单元独立检修，提高发电效率。
低压每个绕组采用2×8，16根低压扁导线进行绕制，两组导线间采用4mm厚的二苯醚燕尾垫块隔开，每个低压绕组内部的16根导线采用均匀交叉换位，4个低压绕组合计64根扁导线，每个低压绕组间也采用二苯醚燕尾垫块进行电气隔离。线圈结构采用饼式绕组结构。线圈绕制完毕后VPI工艺进行真空浸漆。
高压在电气上只有一个绕组，在结构上也只有一个绕组；有4个独立的低压绕组，高低压绕组的接线组别为：D,y11,y11,y5,y5；低压绕组I和低压绕组II与高压绕组的相位角为滞后高压11点（330°），低压绕组III和低压绕组IV与高压绕组的相位角为滞后高压绕组5点（150°），也就是低压绕组I和低压绕组II与低压绕组III和低压绕组IV的相位角滞后180°；4个发电单元分别连接4个低压绕组，四个发电单元可以同时发电也可相互独立发电，运行时相互间没有电的联系，只有较弱的磁的联系。
该种干式变压器包括低压绕组I 1、低压绕组II 2、低压绕组III 3、低压绕组IV4、铁芯5、高压绕组6；低压绕组I 在上铁轭的低压侧出线，低压绕组II在上铁轭高压侧出线，低压绕组III在下铁轭低压侧出线，低压绕组IV在下铁轭高压侧出线；因为低压线圈采用螺旋式，低压线圈的起末头分别在上铁轭和下铁轭部分，低压绕组I 和低压绕组II的中性点分别布置在下铁轭的低压侧和高压侧，低压绕组III和低压绕组IV的中性点分别布置在上铁轭的低压侧和高压侧，因此低压绕组I和低压绕组II与低压绕组III和低压绕组IV的极性是相反的，如原理图所示，低压绕组I、II与低压绕组III、IV的相位角相差180°，根据原理图所示接线组别为D，y11,y11,y5,y5；低压采用了螺旋式结构，为了简化结构，低压采用Y接，高压采用D接。
根据原理图所示高压绕组采用了1个绕组，在生产时只要按照常规的生产方式进行生产，工艺简单，便于批量化生产。
根据低压绕组结构图所示，低压绕组的结构主要有绝缘筒7，T形撑条8、二苯醚燕尾垫块9、铜导线10，铜导线的布置方式是螺旋式，2×8合计16根导线组成一个低压绕组，16根导线间进行均匀交叉换位，4个低压绕组合计64根导线，在低压线圈内壁是4mm厚的玻璃钢绝缘筒，在绝缘筒上放置12根T形撑条，12根T形撑条均布，低压绕组生产时在卧式绕线机上进行生产，用可调模撑紧绝缘筒，在绝缘筒上均布12根T形撑条，将二苯醚燕尾垫块9与T形撑条卡接（如图9和图10所示）。
绕线前对导线进行分盘处理，将每台的导线均匀的分为长度相同的64根导线，绕制时将导线分成8组，每两组作为一个低压绕组的导线，每两组间进行均匀交叉换位，绕线时从头绕制到尾，并不断的加入二苯醚燕尾垫块，绕制结束后对低压绕组进行压紧，并根据VPI工艺（VPI是真空压力浸渍工艺的简称，即VacuumPressure Impregnating。VPI真空压力浸渍设备是高压电机，变压器，电力电容器和纸绝缘的高压电力 电缆等电器和电工材料生产过程中重要的工艺设备，经VPI工艺处理后，绝缘性能好、温升降低、提高效率、增加机械强度、解决运行过程的松动现象、防止短路等绝缘故障、提高防潮能力、延长使用寿命。）要求进行真空浸漆处理；在绕线过程中只有每个低压绕组的两组导线间进行均匀交叉换位，有电的联系；每个低压绕组之间并没有任何电的联系，之间还通过二苯醚燕尾垫块进行了电气隔离，因此实现了每个低压绕组间的电气隔离。
如附图8所示，a1(b1,c1):低压绕组I a相（b,c相）起头；a2(b2,c2):低压绕组II a相（b,c相）起头；a3(b3,c3):低压绕组III a相（b,c相）起头；a4(b4,c4):低压绕组IV a相（b,c相）起头；
x1(y1,z1):低压绕组I a相（b,c相）末头；x2(y2,z2):低压绕组II a相（b,c相）末头；x3(y3,z3):低压绕组III a相（b,c相）末头；x4(y4,z4):低压绕组IV a相（b,c相）末头；
根据图7和图8所示每个低压绕组的电抗高都是相同的，都是整个低压线圈的高度，可以实现每个低压绕组对高压绕组的阻抗电压都是相同的，因此每个低压绕组都可以独立运行，不会产大的漏磁影响变压器的运行。
本发明为一种四回路光伏发电干式变压器，扩大了单元接线方式，适用于大型集中光伏电站的应用，相比方案1的单回路，方案2的双回路变压器，本发明的四回路变压器在同等装机容量下成本明显低于方案1和方案2，同时四回路变压器由于结构优势，实现了四台逆变器之间的电气隔离，不但减小了四支路间的电磁干扰及环流影响，并且四台逆变器的交流输出分别经变压器滤波，输出电流谐波小，提高了输出的电能质量，同时整体升压单元的成本低于方案1的单回路升压方式和方案2的双回路升压方式。四回路升压干式变压器每台可配备4个500kW发电单元，也就是4个发电单元配备一套2000kVA升压变压器和配电单元，在同等装机容量下成本进一步降低，升压单元的成本可降低20%左右。考虑短路情况的发生，在当一个支路发生短路时，除能有效地限制短路电流外，还能使另一支路电压保持一定水平，不致影响用户的运行。
以上所述是对本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和增加，这些改进和增加也视为对本发明的保护。

Claims (3)

1.一种四回路光伏发电干式变压器，包括上夹持件（12-1）、下夹持件（12-2）、位于下夹持件（12-2）下方的底座和位于上夹持件（12-1）和下夹持件（12-2）之间的铁芯（5），套装于铁芯上的高低压绕组，每台变压器包括一个高压绕组（6）、四个低压绕组，高压绕组的A/B/C相3个高压线圈之间通过高压连接线11连接，其特征在于，所述低压绕组包括低压绕组I（1）、低压绕组II（2）、低压绕组III（3）和低压绕组IV（4），所述高压绕组（6）的上部为低压绕组I（1）和低压绕组II（2），其下部为低压绕组III（3）和低压绕组IV（4），所述铁芯（5）的两侧分别为高压侧和低压侧，低压绕组I（1）和低压绕组II（2）从上铁轭高低压侧引出，低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）从下铁轭高低压侧引出，低压绕组I（1）和低压绕组II（2）与高压绕组的相位角为滞后高压11点，低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）与高压绕组的相位角为滞后高压绕组5点，低压绕组I（1）和低压绕组II（2）的中性点分别布置在下铁轭的低压侧和高压侧，低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）的中性点分别布置在上铁轭的低压侧和高压侧；
每个低压绕组采用2×8，16根低压扁铜导线（10）进行绕制，16根铜导线（10）采用双螺旋结构，每个低压绕组内部采用均匀交叉换位，在12根撑条间隔内进行均匀交叉换位，两组铜导线（10）间采用4mm厚的二苯醚燕尾垫块（9）隔开，每个低压绕组内部的16根铜导线（10）采用均匀交叉换位，每个低压绕组间采用二苯醚燕尾垫块（9）进行电气隔离，线圈结构采用饼式绕组结构，线圈绕制完毕后采用VPI工艺进行真空浸漆。
2.如权利要求1所述的一种四回路光伏发电干式变压器，其特征在于，所述低压绕组I（1）和低压绕组II（2）与低压绕组III（3）和低压绕组IV（4）的相位角滞后180°。
3.用于上述权利要求1所述的一种四回路光伏发电干式变压器的绕线方法，其特征在于：
步骤一，绕线前对铜导线（10）进行分盘处理，将每台的铜导线均匀的分为长度相同的64根导线，绕制时将铜导线分成8组，每两组作为一个低压绕组的导线，每两组间进行均匀交叉换位；
步骤二，绕线时从头绕制到尾，并不断的加入二苯醚燕尾垫块（9），绕制结束后对低压绕组进行压紧，并根据VPI工艺要求进行真空浸漆处理；
步骤三，在绕线过程中只有每个低压绕组的两组导线间进行均匀交叉换位，有电的联系；每个低压绕组之间并没有任何电的联系，之间还通过二苯醚燕尾垫块进行了电气隔离，实现了每个低压绕组间的电气隔离。
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