《风力发电箱变》PPT课件.ppt

风电箱式变压器 包钢集团电气有限公司 谢佳贺 2016.7.19 LOGO 故障诊断 箱变的保护 箱变的巡视 箱变的分类 4 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1/51/3。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0.751.5MW，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 梳状铝合金加热器 专为电力设备防潮、除湿设计 的加热器.该加热器采用铝合金散 热型材料和优质的电热丝组成。具 有体积小、散热均匀、热传导快、 散热面积大、外形美观等特点， 电热丝的使用寿命比一般管状加热 器要长许多，可以长期可靠的工作 。此外，加热器还具有绝缘强度高 、安装简单等特点。配合温湿度监 控器可实现电力的防潮、防凝露加 热控制自动化。35kV柜内一般应 装设2只150W的加热器。 铝合金加热器 LOGO 电流表与互感器 LOGO 电压表与转换开关 LOGO 控制变压器 主要功能是为低压控制系统提 供电源，现场检修时，也可以从低 压柜备用电源处取电。额定电压比 为690/380V，容量一般为3kVA 60kVA，根据用户要求选取，一般 选为5kVA。也有选取单相容量 0.6kVA作为控制变，现在控制变 为了操作安全，会将变压器放在专 用外壳内，防止操作人员误触电。 控制变压器 LOGO 油位计 顾名思义，就是测量变压器油 箱内油位，最大测量范围为 100mm，油位计以25的油温作 油面水平的参考温度，取代了连通 式玻璃管油位计。当油箱内的油位 由于温度或其它原因升高或降低时 ，油位计的浮子随着油面同步升高 或降低，从而带动指针旋转，指示 油位的高低。缺点是参考温度只有 一个25，而玻璃管式有25 、 40 以及-20 三个参考温度。 油位计 LOGO 真空压力表 YZ70压力真空表，是专为箱 式电力变压器配套的测压仪表，它 可直接反映出箱式变压器随环境温 度变化造成的内部压力变化，观察 变压器的正常运行。变压器正常运 行时压力表的指示应该为0。在正 常使用的情况下，应每半年进行一 次检验。 真空压力表 LOGO 泄压阀 此压力释放阀主要用于使变压 器油箱内的气体压力不超过预定值 ，当压力高于释放压力时，阀将自 动打开，使气体外泄，当压力低于 释放压力时，阀自动关闭。另外， 用户还可随时拉动拉环，打开阀门 使压力下降。释放压力范围：P 0.030.01MPa。 泄压阀 LOGO 箱式变压器在运行中常常会因运行维护不当造成设备事故，如果 运行人员定期通过看、听、闻手段对设备进行巡视检查，可以及时发现 设备的缺陷，从而把设备故障处理在萌芽状态，避免出现设备事故。 正常巡视时间根据风场规定可自行安排，但每月应至少两次。遇有 下列情况，应进行特殊巡视： 1过负荷时； 2有重大缺陷的设备； 3新安装投运和大修后投运的设备； 4恶劣气候情况时，如大风、大雾、冰雪、高温等； 5由调度发布的特殊命令时。 箱变的巡视 LOGO 一、土建部分 1、箱变基础完整、无裂缝； 2、箱变地沟内清洁、有无积水，通风孔顺畅，金属部分无锈蚀，接地 良好。 二、箱体部分 1箱体外壳有无锈蚀、变形及较大缝隙； 2箱变内有无渗、漏水、冻霜现象； 3箱变外部保持整洁无粘贴物，箱变门锁完好且配置正确。 4箱变箱体接地及铭牌完好。 5箱变散热器及油箱顶盖是否有渗漏油情况。 巡视内容 LOGO 三、高压部分： 1避雷器表面清洁无损伤、无放电现象。 2放电计数器无破损，记录放电计数器放电次数，与之前数据进行比 对，判断避雷器是否进行过放电。 3带电指示器及短路故障指示器指示正确。 4高压室门关闭严密。 5高压进出线电缆孔洞封堵完好。 巡视内容 LOGO 四、低压部分 1.电流表、电压表等表计均指示正常。 2.各开关分合闸指示及标示应正确。 3.低压空气开关无碰触裸露导体部分的可能。 4.各低压空开上相应的标示数据完整、正确。 5.机械联锁装置完整可靠。 6.机构箱门关闭严密。 7.电缆进出孔洞封堵严密。 8.电缆均挂电缆牌，且电缆牌上数据详尽、正确。 9.各低压空开、缆连接处无发热、放电现象。 巡视内容 LOGO 五、变压器部分 1.油位应在油标刻度的1/43/4以内(气温高时，油面在上限侧；气温低 时，油面在下限侧)。油面过低，应检查是否漏油。若漏油应向上级汇 报，进行停电检修。 2.看高、低压套管表面是否清洁，有无裂纹、碰伤和放电痕迹。表面清 洁是套管保持绝缘强度的先决条件。当套管表面沉积有灰尘、煤灰及盐 雾时，碰到阴雨天或雾天，便会沾上水分轻易引起套管的闪络放电，因 此应定期予以清扫。套管由于碰撞或放电等原因产生裂纹伤痕，也会使 绝缘强度下降，造成放电。因此对有裂纹或碰伤的套管应及时更换。 3.查看变压器运行中箱体是否渗漏油。 4.变压器运行时，它的外壳接地、中性点接地、防雷接地的接地线应接 在一起，共同完好接地。检查中若发现导体锈蚀严重甚至断股、断线， 应停电作相应处理。 巡视内容 LOGO 5.变压器正常运行时会发出连续不断的比较均匀的“嗡嗡“声，这是在交 变磁通作用下，铁芯和线圈振动造成的。假如产生不均匀响声或其他响 声都属于不正常现象。 6.检查温控器指示温度是否正常，观察变压器所达到的最高温度。 7.检查泄压阀处是否有渗油痕迹。 8.检查真空压力表指示，判断变压器油箱内压力是否正常。 巡视内容 LOGO 箱式变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障 为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的 相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发 生的接地故障等。外部故障为低压柜内发生的各种故障，其主要类型有 ：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地短路，引出线之间发生相间故障等 而引起变压器内部故障或绕组变形等。断路器故障或低压母线对地放电 引起着火烧毁低压柜是主要外部故障。变压器的内部故障从性质上一般 又分为热故障和电故障两大类。热故障通常为变压器内部局部过热、温 度升高。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性 能下降或劣化的故障。根据放电的能量密度不同，电故障又分为局部放 电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。 故障诊断 LOGO 故障诊断 变压器故障的检测技 术是准确诊断故障的主要 手段，检测手段多种多样 ，以直流电阻测试、变比 测试以及变压器油色谱分 析最为直接有效。而变压 器油色谱分析对发现变压 器内部的某些潜伏性故障 及其发展程度的早期诊断 非常灵敏而有效。 LOGO 油色谱分析的原理是基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温 度而变化，在特定温度下，往往有某一种气体的产气率会出现最大值； 随着温度升高，产气率最大的气体依次为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔。这 也证明在故障温度与溶解气体含量之间存在着对应的关系。而局部过热 、电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。 变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质， 分解出极少量的气体（主要包括氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化 碳、二氧化碳等多种气体）。当变压器内部发生过热