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风电场电气设备变压器篇变压器§1变压器工作原理§1.1变压器的电压变换变压器的基本原理是利用电磁感应现象实现一个电压等级的交流电能到另一电压等级交流电能的变换变压器的核心部件是铁心和绕组，铁心用于提供磁路，缠绕于铁心上的绕组构成电路与电源相连的一侧为一次绕组，与负荷相连的一侧为二次绕组变压器的电压变换一次绕组和二次绕组一般没有电气上的连接，而是通过铁心中的磁场建立联系。对于理想变压器，感应电压、电流和绕组匝数之间有如下关系：1122ENEN1122ININ每台变压器可以长期流过的最大功率，规定为它自身的额定容量，以kVA来标定。§2变压器的结构大多数电力变压器为油浸式变压器，即以油作为绝缘和冷却介质，所用的油一均般为矿物油。图3-7变压器工作原理示意图1234567891011121314151、铁芯2、绕组3、调压分接头4、调压机构箱5、高压侧套管6、低压侧套管7、高压侧中性点8、压力释放阀门9、瓦斯继电器10、11、吸湿器12、主变端子箱13、散热风扇14、油箱15、储油柜油浸式变压器由其核心部件（即实现电磁转换的铁心和绕组）、用于调整电压变比的分接头和分接开关以及油箱和辅助设备构成。§2.1铁心变压器铁心的作用是为经过一次绕组和二次绕组的磁通提供低磁阻的磁路当磁通的大小和方向发生变化时，铁心材料的分子重新排布需要消耗一定的能量，这部分损耗与铁心的磁滞现象有关，称为磁滞损耗磁通变化时，铁心自身也像绕组一样，会感应出一定的电压和电流，由于这种电流只在铁心的各个小局部循环，因此被称为涡流。涡流会在铁心材料（具有电阻）上形成有功损耗，称为涡流损耗铁心中的磁滞损耗和涡流损耗统称为铁心损耗，简称铁损为了降低损耗和噪声，目前常用的铁心材料为晶粒取向电工钢片、高导磁电工钢片、磁畴细化的电工钢片、非晶合金、微晶钢片等高导磁低损耗材料。为了防止铁心内的涡流循环，铁心叠片上一般带有高质量的绝缘涂层，也可采用附加绝缘层。为了充分利用圆形绕组的内部空间结构，常将电工钢带叠积成尽可能接近圆形截面的铁心柱电工钢片堆叠为铁心柱的实物图圆柱形铁心柱是所有变压器铁心的共同结构特点，但根据变压器形状的不同，其整体铁心结构有很大区别。单相变压器单相变压器的铁心形状三相变压器对于三相电力变压器而言，目前最常用的是三相三柱式铁心，有时称为三相芯式铁心因为在任何时候，由平衡三相电压系统所产生的三相磁通的相量之和都等于零，所以在三相铁心中不需要供磁通返回的旁柱，而且铁心柱和铁轭的截面可以相等。图为三相五柱式铁心结构，这是降低大型变压器（例如大型联络变压器）或自耦变压器运输高度的另一种铁心结构形式。通过在套装绕组的心柱外面增加用于构成磁通回路的旁柱的方法，五柱铁心结构降低了铁轭高度。另一种使用三相五柱式铁心结构的可能情况是要求变压器的零相序阻抗值与正相序阻抗值相当。§2.2绕组变压器绕组绝大多数用铜制成，也有部分采用铝作为导体材料。对于所有容量大于几千伏安的变压器，其绕组导线截面都为矩形。在绕组每匝导线内部的单股导线之间必须相互绝缘，每匝导线也要与邻近的线匝绝缘。这种绝缘就是在导线上沿螺旋方向连续包扎的绝缘纸带，并且至少要包两层绝缘纸，以便外面一层绝缘纸能够覆盖里面一层绝缘纸的接缝间隙。其扁平截面的铜导体按照多股方式组成了单相绕组，铜导体被纸绝缘材料螺旋状缠绕，以保证绕组间绝缘。绕组结构型式：同心式绕组交叠式绕组同心式绕组高压绕组绕组低压绕组低压绕组高压绕组交叠式绕组线圈截面绕组常用的三相心式铁心的变压器，其高低压绕组同心缠绕于铁心柱上高压绕组低压绕组铁心考虑到和铁心的绝缘，以及分接绕组一般都接于高压绕组，一般将低压绕组靠近铁心布置§2-3调压方式与分接开关很多变压器在运行时，可以实现对变比的调整，也即对电压的调整。调压的方式有无励磁调压和有载调压有载调压方式则可以在变压器带电运行时通过有载分接开关实现对电压的调整。大部分电力变压器将分接线段设置在高压绕组上：因为(1)设置分接线段的目的是为了补偿外施电压的变化，对于除发电机变压器以外的大多数电力变压器而言，其外施电压都是加在高压绕组上的。(2)由于高压绕组内流过的电流较小，因而需要的分接线尺寸也较小，相应分接开关本身通过的电流也小。有载调压般应用大型变压器，如一般不允许停电的风电升压站内的110KV主变。调压的实现，依赖于绕组匝数的变化，也就是利用分接绕组来调整原边和副变的匝数比。为了防止可动触头在切换过程中产生电弧使变压器绝缘油劣化，甚至烧毁有载分接开关，调压绕组通过并联触头Q1、Q2与高压主绕组串联。可在带负荷的情况下进行分接头的切换。在可动触头Q1、Q2回路接入接触器KM1、KM2的工作触头并放在单独的油箱里。在调节分接头时，先断开接触器KM1，将可动触头Q1切换到另一分接头上，然后接通KM1。另一可动触头Q2也采用同样的步骤，移到这个相邻的分接头上，这样进行移动，直到Q1和Q2都接到所选定的分接头位置为止。一种是停电情况下，改变分接头进行调压，即无载调压。这种是靠联片倒接的分接形式。这种是旋转式分接形式。无载调压，调压前一定要保证断开高压侧，然后方可操作，调压后保证分接位置链接固定可靠。§2.4变压器油油浸式变压器的变压器油主要用于散热和充当绝缘介质。变压器的有效冷却很重要。对大多数变压器来说，矿物油是吸收铁心、绕组热量，并将其热量传递给自冷或风冷外表面的最有效介质，有时要借助强迫油循环方式。在大多数电气设备中，有大量不同部件处于不同电位之下，因此需要将它们相互绝缘。变压器常常要在高于额定电压下短时间运行或者耐受操作冲击和雷电冲击的瞬变过电压。变压器油必须具备以下特性以满足要求：低粘度低倾点（油的倾点是油能够流动的最低温度）高闪点优良的化学稳定性，很高的电气强度§2.5油箱、储油柜与附属设备变压器油箱作为铁心、绕组和介质液体的容器油箱绝大部分采用钢板制造，其顶盖可以拆除，箱盖通常用箱沿固定，箱盖通常与水平面有1°的斜度，以防箱盖外表面积聚雨水。油箱上必须设置用于注油或放油的阀，在需要时还要增设油样阀。在油箱上还要设计适量的可拆卸的小盖板变压器油箱必须设有一个或多个安全装置，以便释放突然升高的内部压力压力释放阀变压器油箱上通常还要设置其它一些附件：在箱盖上设置一个（或几个）温度计座用于测量变压器顶部油温度；一套要有压力检测装置一块接线牌或铭牌用于详细标示变压器基本参数；带储油柜的变压器还可以使用气体继电器。有些变压器配有色谱分析装置。至少一个接地端子用于变压器主油箱接地。油位计气体继电器低压侧套管压力释放阀温度计（油）温度计（绕组）风扇高压侧套管套管CT放油阀门吸湿器§2.6变压器的散热当变压器绕组中产生电阻损耗和其它损耗时，就要产生热量。必须要将这些热量传递到变压器油中，并由变压器油带走。油循环方式主要包括：（1）自然油循环，利用油被加热后所产生的温差压力。油在绕组内部被加热而上升，散热器中受到冷却而下降。（2）强迫（不导向）油循环，使用油泵将冷却油从散热器中抽出并输送到绕组底部，然后再通过绕组导线“上部”和“下部”撑条所形成的垂直轴向油道循环。（3）强迫导向油循环，油的冷却借助一些外部设备来实现§3变压器型号表征变压器型式多样。在设计和生产中往往需要使用型号来表示变压器的特征。变压器型号的表征一般按下列规则：其中关于型号描述的符号，参见下表：相数单项三相DS绕组外绝缘介质油空气成型固体GC冷却方式自冷式风冷水冷FW油循环自然循环强迫油导向循环强迫油循环DP绕组数双绕组三绕组S调压方式无激磁调压有载调压Z绕组耦合方式自耦分裂O设计序号是设计和生产厂家自定义的，不直接反映变压器本身的型式特征。举例说明例3-1：某变压器的型号为SFPZ5-120000/220，简述该变压器的基本型式和参数。解析：对照上表可知，该变压器是“三相”变压器（S），绕组外绝缘介质是“油”（缺省），冷却方式是“风冷”（F），油循环方式是“强迫油循环”（P），绕组数为“双绕组”（缺省），调压方式为“有载调压”（Z）。设计序号为5，表示该产品在同类产品系列中的设计序号。“120000”表示该变压器的额定容量为120000kVA，“220”表示该变压器的高压绕组电压等级为220kV。§4风电场中的变压器大型风电场中常采用二级或三级升压的结构。在风电机组出口装设满足其容量输送的变压器将690V电压提升至10kV或35kV；在汇集后送至风电场中心位置的升压站，经过升压站中的升压变压器变换为110V或220kV送至电力系统。如果风电场装机容量更大，达到几百万千瓦的规模，可能还要进一步升压到500kV或更高，送入电力主干网。风机出口的变压器一般归属于风电机组，需要将电能汇集后送给升压站，也称为集电变压器升压站中的升压变压器，其功能是将风电场的电能送给电力系统，因此也被称为主变压器为满足风电场和升压站自身用电需求，还设置有场用变压器或所用变压器