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风电箱式变压器包钢集团电气有限公司谢佳贺2016.7.19LOGO故障诊断箱变的保护箱变的巡视箱变的分类1342目录LOGO风能是当前最有发展前景的一种新型能源，它是一种洁净、无污染、可再生的绿色能源。近几年，风力发电在全国范围内发展迅速。通常风力发电机的位置离负荷中心比较远，其所产生的电能为交流690V。要将风力发电机组产生的电能输送到较远的距离就必须通过升压设备将电压升高。升压设备就是箱变的分类箱式变压器，安装在风机塔筒外部的地面上，这是当前国内比较常见的形式。LOGO风电箱式变压器（简称箱变）一般由高压室、变压器室和低压室组成。根据产品结构不同及采用元器件的不同，分为欧式箱变和美式箱变两种典型风格。近几年，经过变压器行业对美式箱变进行了改进，多了华式箱变。我国自70年代后期，从法国、德国等国引进及仿制的箱式变电站，从结构上采用高、低压开关柜，变压器组成方式，这种箱变称为欧式箱变，形象比喻为给高、低压开关柜、变压器盖了房子。从90年代起，我国引进美国箱式变电站，在结构上将负荷开关，环网开关和熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中。避雷器也采用氧化锌避雷器。变压器取消油枕，油箱及散热器暴露在空气中，这种箱变称为美式箱变，形象比喻为变压器旁边挂个箱子。华式箱式变压器在美变的基础上，只是将负荷开关放在了油箱的外面。箱变的分类LOGO欧式箱变由于内部安装常规开关柜及变压器，产品体积较大。欧变功能区明了，常作成把高压开关柜、变压器、低压开关柜分装在高压室、变压器室、低压室，三室彼此间隔，再用电缆或母排联接。由三室组成的一个类似于小“套间”的房子。从三室的布置上分为品字型和目字型。欧式箱变高压侧采用负荷开关加限流熔断器保护。发生一相熔断器熔断时，用熔断器的撞针使负荷欧式箱变开关三相同时分闸，避免缺相运行，要求负荷开关具有切断转移电流能力。低压侧采用负荷开关加限流熔断器保护。LOGO美式箱变分为前、后两部分：前面为高、低压操作室，操作室内包括高低压接线端子，负荷开关操作柄，无载调压分接开关，插入式熔断器，油位计等；后部为主油箱及散热片，将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。变压器取消油枕，采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱，油箱及散热器暴露在空气中，散热良好。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。美式箱变由于结构简化，这种箱式变电站的占地面积和体积大大减小，体积仅为同容量欧式箱变的1/5～1/3。美变具有体积小的好处，这一点是欧变不能比的。LOGO美式箱变结构目字形品字形LOGO美式箱变的优点1.与同容量的欧变相比较，美变的结构更为合理由于欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中，变压器室温很高，引起散热困难；另一方面在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜，所以箱式变体积较大。美式箱变整体结构紧凑，外形尺寸小，易于安装，散热良好。2.保护方式简单美变高压侧采用熔断器保护，低压侧采用塑壳自动空气断路器保护，与我国10kV配变保护方式相同。高压熔断器保护变压器内部故障，智能断路器保护低压侧线路的过电流、短路、欠电压故障。3.产品成本较低美变由于其结构紧凑，保护方式简单，使用材料少，所以其生产成本仅为欧变成本的60%—75%。国内风电发展速度比较快，并且为降低供电配套的成本，美式箱变得到了大量的应用。LOGO美式箱变的缺点1.由于负荷开关浸在油里，在操作负荷开关时，油被电弧碳化、分解，产生乙炔等有害气体，使得变压器油的绝缘性能下降，易发生事故。负荷开关断开后，看不到明显断开点，检修不方便。2.美变体积较小，功能扩展方面不如欧变，由于不同容量箱变的土建基础不同，使箱变的增容不便，当箱变过载后或用户增容时，土建要重建，会有一个较长的停电时间，增加工程的难度。但是欧变可以通过更换变压器来改变容量，而美变就不行。3.美变的高压部分为插入式熔断器+负荷开关，这一部分不如欧变的方案多。4.美变在低压侧加装低压配电柜。由于箱式变长期处于太阳的直晒下，影响塑壳断路器的散热，使得断路器不能正常开断负载及短路电流，易引发高压侧故障。LOGO箱变的运行特点箱变的作用是将风力发电机发出的0.69kV电能经过升压变为35kV，再通过地埋电缆或架空线路输送到风电场升压站。综合风电场及风力发电系统的特点，风电用35kV箱变具有以下几个方面的技术特点：1)低进高出的连接方式。风电用箱变电源从低压侧0.69kV进线，高压侧35kV出线，进出线均采用电缆连接方式。目前风电机组的额定电压为0.69kV，选用0.69kV/35kV的升压变压器，升压至35kV，然后连接到110kV或220kV升压变电站的35kV侧配电装置上。2）变压器容量小，空载时间长。目前风力发电机组的功率为0.75~1.5MW，选用的变压器容量在2000kVA及以下，容量较小。风力发电一般具有明显的季节性，变压器的年负载率低。3）箱变高压侧必须配置避雷器。避雷器的配置，以便与风力发电机的过电压保护装置组成过电压吸收回路，在高压侧的绝缘设计上应充分考虑避雷器残余电压对高压侧电气设备的影响。4）使用环境恶劣。我国风力资源丰富的地区一般在沿海、东北及西北地区，且箱变运行在野外；运行环境污秽严重，在沿海地区的设备应考虑防盐雾和湿热，在东北和西北地区要考虑低温严寒及风沙等影响。5）过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大，并且由于风机采用了微机技术，实现了风机自诊断功能，在风机过载时会自动采取限速措施或停止运行，基本上不会造成变压器的过载运行。LOGO美变的保护由于美变的生产成本低、占地面积小，结构紧凑，目前国内风力发电配套箱变大多采用的为美式箱变。美式箱变主要由高压室、低压室以及变压器室三部分组成，这三部分都装有不同的元器件以保证变压器的安全可靠运行。1.高压室元器件氧化锌避雷器、放电计数器、高压带电显示器、电磁锁、高压出线套管2.低压室元器件框架式智能断路器、氧化物避雷器、控制变压器、油位计、泄压阀、真空压力表、温湿度控制器、加热器、温控器、电压表、电流表等。3.变压器室元器件变压器器身、高压插拔式熔断器、负荷开关等LOGO高压室美式箱变高压室的组成非常简单，将高压室门打开，内部组成一目了然。高压室主要组成部件有：高压套管、氧化锌避雷器、放电计数器、高压电容传感器、电磁锁、加热器、照明灯等，为防止出现误操作、误触电等情况发生，高压室一般由两道门。高压室保护LOGO氧化锌避雷器高压侧氧化锌避雷器主要作用是保护变压器免受过电压的危害。在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级），对地面来说视为断路。一旦出现高电压，且危及变压器绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护变压器绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使线路正常工作。氧化锌避雷器由于变压器基本不会受到雷击过电压的作用，所以避雷器主要作用是防护操作过电压。LOGO放电计数器主要功能是用来监测避雷器放电动作。在正常运行电压下，流过计数器的漏电流非常小，计数器不动作。当避雷器通过雷电波、操作波和工频过电压时，强大的工作电流从计数器的非线性电阻通过，经过直流变换，对电磁线圈放电而使计数器吸动一次，来实现测量避雷器动作次数的装置。由于密封不良，动作计数器在运行中可能进入潮气或水分，使内部元件锈蚀，导致计数器不能正常动作，所以每年应检查1次。放电计数器LOGO高压带电显示器一般安装在高压室内门上，配合高压电容传感器构成高压带电显示系统。他能指示高压电路是否带电；并能闭锁高压电气设备,以防止带电操作,发生安全事故，防止电气误操作。带T的为提示型，能正确显示高压回路是否带电；带Q为强制型，和电磁锁配合，实现强制闭锁开关手柄、网门，达到防止误操作。电磁锁带电显示器主要功能是在高压回路带电的情况下，电磁锁是无法打开的，主要也是防止误操作LOGO电容传感器装置通过抽压电容芯棒，从高压带电回路中抽取一定的电压作为显示和闭锁的电源，传感器为环氧树脂浇注支柱绝缘子式产品。可做为隔离开关，接地开关和其它支柱绝缘子使用，具有高强度，耐电弧能力强，局部放电量小等特点。内埋设高强介电功能性材料制成芯棒式电容，电容的一端经上法兰与高压母线连接，另一端由传感器下端（二电容传感器次接线端）连接。定期对导电母排与高压传感器上法兰连接处进行维护，以确保良好的电接触。LOGO高压限流熔断器高压侧最主要的保护，型号一般为XRNT4-40.5/40-31.5。安装在变压器室内，主要由熔断件、熔断器底座和载熔件组成。是变压器的过载和短路保护，连接在负荷开关和线圈出线之间。当电流超过规定值一定时间后，以熔断件本身的热量使熔体熔化将变压器器身从高压线路中切除，达到保护的目的。熔断器LOGO油浸式负荷开关美式箱变中负荷开关安装在变压器油箱内，主要功能是将变压器从电网中切除。利用电弧本身能量使电弧周围的油分解气化并冷却熄灭电弧，其结构较为简单。负荷开关与熔断器的根本区别在于，熔断器具有开断短路电流能力，而负荷开关只作为负荷电流的切换，无任何保护作用。负荷开关LOGO低压柜是连接在变压器与风机之间的控制保护柜，整个控制回路包含变压器的保护与控制和风机部分电器的控制，所以其内部元器件较多，布置紧凑。并且变压器器身的保护和高压侧熔断器以及负荷开关的控制全部都在低压室内。低压室电压低，相对于高压室安全的多，所以监测仪表等部件也全部都装设在低压室内。低压室保护LOGO智能断路器俗称DW开关，低压侧最主要的保护。一般安装在低压配电柜中作主开关起总保护作用，用于控制和保护低压柜。从结构、用途和所具备的功能来分，主要有万能式（又称框架式）和塑料外壳式两大类。还有一些特殊用途的断路器，如真空断路器等。主要用来分配电能，保护线路、变压器免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。智能断路器LOGO低压断路器根据其开断方式的不同分为抽屉式和固定式两种。抽屉式优点：抽屉式断路器可以通过操作机构将断路器主体与后面的固定触头分开，确保变压器与发电机组断开。缺点：在将断路器摇出后，对变压器进行正常检修过程中，静触头上易附着砂土等杂物，在检修完毕后，将断路器合上后，动静触头出现虚接发热，易烧毁断路器，严重时会起火将箱变低压柜全部烧毁。低压室保护LOGO温度控制器用于测量变压器内变压器油温的测量仪表。红色指针指示温度为变压器油所达到的最高温度，黑色指针指示变压器油即时温度。此温控器具有高温报警、超高温跳闸的功能，传感器插入变压器室内油面100mm左右，其控制信号接至DW开关上，在变压器油温过高时，输出开关信号使DW开关跳闸。报警温度85℃，跳闸温度为105℃。温度控制器LOGO凝露监控器凝露：是指环境温度低于当时的露点温度，空气中的水蒸气凝结成水珠。凝露是造成高低压柜、端子箱事故的最大问题。凝露控制器是在空气相对湿度为93%RH拐点处，触发启动加热器，提高柜内温度，降低环境空气的露点温度，使柜内受保护部位的表面温度始终高于露点温度，破坏凝露条件的形成。凝露监控器LOGO温湿度控制器温湿度控制器的控制方式有两种：1.露点或凝露时启动加热器工作，当相对湿度小于75%RH时加热器停止工作。2.湿度大于上限湿度或温度低于下限温度时，加热器启动。当湿度小于下限湿度或温度高于上限温度时，加热器停止加热。温湿度控制器LOGO根据两种控制器的功能及工作原理，存在的问题如下：1.对于凝露监控器，其在相对湿度93%RH时启动控制，对整个控制系统起不到预防的作用，加上传感器本身的误差，造成控制不及时，对低压柜保护系统会造成损害，最终导致事故的发生。2.对于温湿度控制器，第1种控制方式与凝露监控器一样；第二种控制方式的控制点均可根据使用地点的不同而进行调整，结合低温和高湿启控的控制方式，可实现对温度和湿度进行检测和控制，可以有效预防开关柜凝露的发生。智能型的温湿度控制器还具有加热回路自检功能，控制系统在一定的时间间隔就会对加热器回路进行自检。一旦出现异常，马上就会输出报警信号，并在面板上给予提示，提醒巡检人员进行检查更换。对比分析LOGO梳状