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一种风电场用新型110 kV感应滤波变压器设计

2019-08-17任淑影

中国新技术新产品 2019年12期
关键词:风电场

任淑影

摘  要:该文首先介绍了我国目前风电场风力发电的谐波问题,分析感应滤波技术与传统抑制谐波的方法比较优势所在,介绍了感应滤波的原理和感应滤波变压器产生背景。从总体思路和技术方案两方面介绍了一种新型110 kV级风电场用感应滤波变压器的设计方案。根据试验结果,对关键参数进行分析,与同类风电场用变压器比较,优点突出,前景广阔。

关键词:感应滤波;滤波变压器;等效阻抗;风电场

中图分类号:TM403        文献标志码:A

0 引言

近几年在我国迅猛增长,随着风电的迅速发展,风电场的装机容量逐步增大,风电场对接入的电力系统的影响日益明显,特别是风能的随机性和风力发电系统中大量电力电子设备的采用,造成在向电网输出有功功率的同时会产生大量的谐波注入电网,带来诸如降低线路设备系统容量、损害变频系统、增加电力设备损耗、干扰仪表和电能计量。

20世纪80年代,湖南大学首次提出了改变变压器铁心磁路及变压器绕组的绕制和连接方式,可以降低变压器等效阻抗,抑制系统谐波的理论。为了降低风力发电谐波分量,目前主要采用安装滤波装置技术,需要在风电升压变压器设置专用滤波绕组,与滤波装置实现无缝对接,实现就近抑制。

1 感应滤波变压器基本原理

在感应滤波变压器中,在原、副边绕组之间,增加了感应滤波绕组。通过调整各绕组间的距离和绕组尺寸,可以实现感应滤波绕组的等值漏电感为零。如果该绕组电阻很小,则可以实现该绕组的等值阻抗为零。

如果该绕组外接n次调谐L、C支路,且支路电阻很小,可以忽略,则该n次调谐支路与感应绕组一起,构成n次调谐电流短路环,如图1所示,若感应滤波绕组接多个电阻可以忽略的调谐支路,即构成n1、n2等多次谐波电流环。

该n次谐波短路环,通过电磁感应原理,可以产生与谐波作用绕组大小相等,方向相反的n次谐波磁势。得出结果,变压器铁芯上的n次谐波磁势之和为零,因此,铁芯中的n次谐波磁通为零,变压器网测绕组就不会产生n次谐波电势和n次谐波电流,达到了滤波的效果。如果接多次调谐L、C支路,则可以滤去多次谐波。

由于谐波短路环中的谐波电流是感应出来的,且实现了滤波,所以,将这种滤波方式定义为感应滤波。具有感应滤波功能的变压器称为感应滤波变压器。

2 110 kV级风电场用感应滤波变压器的设计方案

2.1 总体思路

在YNd11接法的110 kV双绕组有载调压变压器中增加滤波绕组,利用滤波绕组连接滤波装置之后形成的低阻抗谐波通道,让谐波电流通过这一通道直接被吸收,从而使谐波电流无法传递到系统中去,达到抑制谐波的作用。通过高压、低压与滤波3个绕组间阻抗的合理匹配,滤波绕组等值阻抗百分比要求≤0.15%。根据以上内容,进行以下3项研究内容:

1)对感应滤波装置运行机理、特点及对变压器的性能要求等进行研究。

2)滤波绕组等值阻抗|uk|≤0.15%实现方式的研究。

3)滤波绕组结构容量、结构型式、与基本绕组阻抗匹配关系的研究。

2.2 技术方案

2.2.1 主要技术参数

额定容量:63 000 kVA

额定电压: 110±8×1.25%/35/36.75 kV

调压方式:有载调压

额定频率:50 Hz

聯接组标号:YNd11d11

冷却方式:ONAN

滤波绕组等值阻抗百分比≤0.15%

绝缘水平:LI480AC200-LI325AC140/LI200AC85/LI200AC85kV

2.2.2 具体设计方案

2.2.2.1 绕组结构

分别设置高压绕组、滤波绕组、低压绕组,滤波绕组辐向较小,端部绝缘采用实端圈,为保证阻抗要求,将滤波绕组放在高压绕组和低压绕组之间,滤波绕组预设调节用油隙垫块调节绕组高度,对各绕组尺寸提出比常规产品更严格的偏差要求。

2.2.2.2 器身结构

该产品器身绝缘为薄纸筒小油隙结构,其中绕组排列为(从里到外):铁心—低压绕组—滤波绕组—高压绕组—调压绕组—油箱。高压绕组出头为辐向出线,低压、滤波绕组出头为轴向出线。

2.2.3 引线结构

高压引线全部采用冷压连接,相线从绕组端部引出,采用软铜绞线,分接线采用电缆纸包电缆,高压0相采用软铜绞线。滤波、低压引线在同一侧布置,为避免由于引线交叉带来的操作不便,低压与滤波引线采用分层布置,低压引线在内,滤波引线在外,首、尾在接线片处形成角接,然后通过接线片连接套管油中接线端子。

2.3 实施效果

在研发过程中充分考虑了该项目的运输及现场安装、运行工况及其结构特殊性,采用多种新技术和措施,利用电磁分析软件模拟仿真,通过高压、低压与滤波3个绕组间阻抗的合理匹配,成品滤波绕组等值阻抗百分比仅为0.11%,可以提高滤波装置的工作效率,最大限度地抑制谐波分量。

3 与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较

110 kV级风电场用感应滤波变压器是新型风电场用主变,它与滤波装置配合,克服了传统滤波方式的诸多缺点:无源滤波效果较差;有源滤波设备复杂、投资大。并有效地改善风力发电的电能质量。

(1)由于变压器内部的滤波补偿,可使并网系统效率提高1 %~3 %。

(2) 谐波吸收率可以达到90 %,远高于传统滤波方式的60 %~70 %。

(3)功率因数可以达到0.97以上。

4 结语

110 kV级风电场用感应滤波变压器,实现了感应滤波装置直接对接,谐波就近抑制,高效节能、可靠性强,可以有效滤除风力发电谐波90 %以上,在湖南娄底新化吉庆等多个风电场投入使用,运行情况良好,达到预期效果。风电场用感应滤波变压器市场需求会有爆发式的增长,未来每年市场需求约为2 000万kVA,产值约8亿元。相关技术在光伏发电、电解行业、轨道交通、船舶动力等其他领域都可推广使用,具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]李世军,罗隆福,李伟栋,等.感应滤波四绕组变压器及其滤波补偿装置分析[J].湖南大学学报 (自然科学版), 2017(2):13.

[2]梁崇淦.十二脉波整流变压器集成感应滤波理论与应用研究[D].湖南大学, 2018.

[3]曾令雄.感应调控滤波技术在工业整流中的应用研究[D].湖南大学,2018.

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