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离岸风机:集成变压器的塔架

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-7-12   关键字:离岸风机  集成  变压器  塔架  
在风电场的运行过程中,以额定功率约为300千瓦启动的风力透平必须与高压电网相连。由于这些风力透平产生的电能处于低电压水平,因此,它们需要具有合适变换容量的变压器。
 
通常的变压器室(或变电站)或者采用硅油,或者采用矿物油作为冷却液。标准的变压器体积庞大,难以通过塔架入口,并且减少了塔架底部必要的维护空间。因此,它们适合安装于风机塔架旁边的变压器室(或变电站)内,而不适合安装入塔架。但安装于风机塔架旁,将令海上风电场的建造成本过高,破坏了风力发电机的整体形象,且不利维护;另一方面,若尺寸压缩到适合于装入塔架,采用矿物油的变压器容易因表面冷却太慢而引起过热。
 
德国知名风机制造商ENERCON与比利时变压器制造商Pauwels合作开发了一种填充硅的树脂浇注变压器,其独特之处在于,变压器体积十分紧凑,集成在风机塔中,因此不再需要外部变电站。
 

图1:Pauwels公司制造的新型“纤体型”变压器,热容量大
 
Pauwels公司制造的变压器能满足包括IEC、ANSI/IEEE、CENELEC/EN、BS、DIN/VDE、NEMA、CSA等在内的最新国家、国际标准,其研发部门还参与这些标准的制定和管理。Pauwels的产品市场宽广,能满足客户的个性化需求。其树脂浇注变压器功率范围在100kW至10,000kW/36kV,内部可填充液体。树脂浇注变压器生产时,绕组直接进入浇注模具,最新的绕组结构的产生令浇注过程更快。
 
当希望把变压器集成到风机塔架内时,许多风机透平制造商采用诸如树脂浇铸变压器等的干式变压器。但是,ENERCON却选择采用三相密封变压器,硅油作为冷却液,耐热Nomex纤维为绝缘材料。由Pauwels制造的这些变压器如同干式变压器一样紧凑。这种新一代的变压器是由Pauwels根据ENERCON的规范而专门开发,以特殊的绝缘材料制成Nomex纤维热阻,并应用了K级冷却液,开发完成了紧凑型干式变压器变压器,已投入生产制造。第一千个变压器已经在2005年第二季度投入使用,并且所有的变压器迄今为止没有出现过故障。
 
图2:塔架及变压器的设计加速变压器的替换,几小时内完成变压器替换安装入塔架
电性能
干式变压器在额定负荷范围内散热不如油冷变压器那般有效,并且对过载相当敏感。负荷的快速波动会造成在浇铸的树脂上形成许多细小裂缝,从而引起局部的部分放电,在长期运行中会使干式变压器遭到损坏。而油冷变压器的不同之处在于:内部流动的油能够降低或矫正这种故障。对油的分析可揭示变压器的当前状况,早期探测到渐进的损坏,因此,可及时修复。另外,还有经济方面的因素,与可比较的干式变压器对照,油冷变压器的无负荷损耗相当低。由于风机透平始终处于无负荷损耗状态中,因此,在整个运行周期中,油冷变压器非常节省费用。
防火性能
油冷变压器的金属外壳是接地的,并且,所有ENERCON的连接件都是绝缘的。在热负荷方面,硅油冷却变压器的性能类似于干式变压器。硅油的燃点相当高,约为360度,可自燃。由于油槽是气密封的,因此,油冷变压器的火损危险是极低的。只有当油槽严重损坏时,氧气才有可能渗入。由ENERCON安装的变压器配有一个保护系统,它由过电流-时间保护、温度监测和压力保护等组成,一旦发生故障,该系统会保护变压器油槽免受破坏。
油式变压器的可靠性
密封的充硅油变压器能够在严酷环境中运行而无需专门的外壳。它们具有耐湿度、耐盐雾、耐化学气体的极好性能。这种油冷变压器还能更好地耐受机械力的影响。运输、安装或运行期间的震摇与冲击,对这种变压器几乎极少有影响。
硅油的环境友好性
Pauwel紧凑型变压器中使用的硅油符合1号清洁水标准,并不消耗环境中的氧,且没有毒性。由于这种材料相当稳定,因此,循环利用相当容易。为足以收集所有硅油而设计的金属盘长期置于变压器的正下方。这些滴油盘可确保无油泄漏。
 
图3:变压器被运至现场直接安装于塔架底部,塔架的位置也降到变电站的高度
 
通过用硅油替代矿物油,以及进一步开发的绝缘材料,Pauwels和ENERCON成功地开发了能够与风机塔集成一体的非常紧凑的油冷变压器。由于此类变压器非常紧凑,它们可通过塔架主体上的门孔,使调换非常方便。在风机塔架和变压器的开发阶段,ENERCON就已考虑了这一因素。现在,调换变压器仅需要几个小时。
 
 

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