一種風(fēng)電場(chǎng)用新型110 kV感應(yīng)濾波變壓器設(shè)計(jì)

任淑影

摘? 要：該文首先介紹了我國(guó)目前風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電的諧波問(wèn)題，分析感應(yīng)濾波技術(shù)與傳統(tǒng)抑制諧波的方法比較優(yōu)勢(shì)所在，介紹了感應(yīng)濾波的原理和感應(yīng)濾波變壓器產(chǎn)生背景。從總體思路和技術(shù)方案兩方面介紹了一種新型110 kV級(jí)風(fēng)電場(chǎng)用感應(yīng)濾波變壓器的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，與同類風(fēng)電場(chǎng)用變壓器比較，優(yōu)點(diǎn)突出，前景廣闊。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)濾波;濾波變壓器;等效阻抗;風(fēng)電場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TM403? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近幾年在我國(guó)迅猛增長(zhǎng)，隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量逐步增大，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)接入的電力系統(tǒng)的影響日益明顯，特別是風(fēng)能的隨機(jī)性和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中大量電力電子設(shè)備的采用，造成在向電網(wǎng)輸出有功功率的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波注入電網(wǎng)，帶來(lái)諸如降低線路設(shè)備系統(tǒng)容量、損害變頻系統(tǒng)、增加電力設(shè)備損耗、干擾儀表和電能計(jì)量。

20世紀(jì)80年代，湖南大學(xué)首次提出了改變變壓器鐵心磁路及變壓器繞組的繞制和連接方式，可以降低變壓器等效阻抗，抑制系統(tǒng)諧波的理論。為了降低風(fēng)力發(fā)電諧波分量，目前主要采用安裝濾波裝置技術(shù)，需要在風(fēng)電升壓變壓器設(shè)置專用濾波繞組，與濾波裝置實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)就近抑制。

1 感應(yīng)濾波變壓器基本原理

在感應(yīng)濾波變壓器中，在原、副邊繞組之間，增加了感應(yīng)濾波繞組。通過(guò)調(diào)整各繞組間的距離和繞組尺寸，可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)濾波繞組的等值漏電感為零。如果該繞組電阻很小，則可以實(shí)現(xiàn)該繞組的等值阻抗為零。

如果該繞組外接n次調(diào)諧L、C支路，且支路電阻很小，可以忽略，則該n次調(diào)諧支路與感應(yīng)繞組一起，構(gòu)成n次調(diào)諧電流短路環(huán)，如圖1所示，若感應(yīng)濾波繞組接多個(gè)電阻可以忽略的調(diào)諧支路，即構(gòu)成n1、n2等多次諧波電流環(huán)。

該n次諧波短路環(huán)，通過(guò)電磁感應(yīng)原理，可以產(chǎn)生與諧波作用繞組大小相等，方向相反的n次諧波磁勢(shì)。得出結(jié)果，變壓器鐵芯上的n次諧波磁勢(shì)之和為零，因此，鐵芯中的n次諧波磁通為零，變壓器網(wǎng)測(cè)繞組就不會(huì)產(chǎn)生n次諧波電勢(shì)和n次諧波電流，達(dá)到了濾波的效果。如果接多次調(diào)諧L、C支路，則可以濾去多次諧波。

由于諧波短路環(huán)中的諧波電流是感應(yīng)出來(lái)的，且實(shí)現(xiàn)了濾波，所以，將這種濾波方式定義為感應(yīng)濾波。具有感應(yīng)濾波功能的變壓器稱為感應(yīng)濾波變壓器。

2 110 kV級(jí)風(fēng)電場(chǎng)用感應(yīng)濾波變壓器的設(shè)計(jì)方案

2.1 總體思路

在YNd11接法的110 kV雙繞組有載調(diào)壓變壓器中增加濾波繞組，利用濾波繞組連接濾波裝置之后形成的低阻抗諧波通道，讓諧波電流通過(guò)這一通道直接被吸收，從而使諧波電流無(wú)法傳遞到系統(tǒng)中去，達(dá)到抑制諧波的作用。通過(guò)高壓、低壓與濾波3個(gè)繞組間阻抗的合理匹配，濾波繞組等值阻抗百分比要求≤0.15%。根據(jù)以上內(nèi)容，進(jìn)行以下3項(xiàng)研究?jī)?nèi)容：

1）對(duì)感應(yīng)濾波裝置運(yùn)行機(jī)理、特點(diǎn)及對(duì)變壓器的性能要求等進(jìn)行研究。

2）濾波繞組等值阻抗|uk|≤0.15%實(shí)現(xiàn)方式的研究。

3）濾波繞組結(jié)構(gòu)容量、結(jié)構(gòu)型式、與基本繞組阻抗匹配關(guān)系的研究。

2.2 技術(shù)方案

2.2.1 主要技術(shù)參數(shù)

額定容量：63 000 kVA

額定電壓： 110±8×1.25%/35/36.75 kV

調(diào)壓方式：有載調(diào)壓

額定頻率：50 Hz

聯(lián)接組標(biāo)號(hào)：YNd11d11

冷卻方式：ONAN

濾波繞組等值阻抗百分比≤0.15%

絕緣水平：LI480AC200-LI325AC140/LI200AC85/LI200AC85kV

2.2.2 具體設(shè)計(jì)方案

2.2.2.1 繞組結(jié)構(gòu)

分別設(shè)置高壓繞組、濾波繞組、低壓繞組，濾波繞組輻向較小，端部絕緣采用實(shí)端圈，為保證阻抗要求，將濾波繞組放在高壓繞組和低壓繞組之間，濾波繞組預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)用油隙墊塊調(diào)節(jié)繞組高度，對(duì)各繞組尺寸提出比常規(guī)產(chǎn)品更嚴(yán)格的偏差要求。

2.2.2.2 器身結(jié)構(gòu)

該產(chǎn)品器身絕緣為薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)，其中繞組排列為（從里到外）：鐵心—低壓繞組—濾波繞組—高壓繞組—調(diào)壓繞組—油箱。高壓繞組出頭為輻向出線，低壓、濾波繞組出頭為軸向出線。

2.2.3 引線結(jié)構(gòu)

高壓引線全部采用冷壓連接，相線從繞組端部引出，采用軟銅絞線，分接線采用電纜紙包電纜，高壓0相采用軟銅絞線。濾波、低壓引線在同一側(cè)布置，為避免由于引線交叉帶來(lái)的操作不便，低壓與濾波引線采用分層布置，低壓引線在內(nèi)，濾波引線在外，首、尾在接線片處形成角接，然后通過(guò)接線片連接套管油中接線端子。

2.3 實(shí)施效果

在研發(fā)過(guò)程中充分考慮了該項(xiàng)目的運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝、運(yùn)行工況及其結(jié)構(gòu)特殊性，采用多種新技術(shù)和措施，利用電磁分析軟件模擬仿真，通過(guò)高壓、低壓與濾波3個(gè)繞組間阻抗的合理匹配，成品濾波繞組等值阻抗百分比僅為0.11%，可以提高濾波裝置的工作效率，最大限度地抑制諧波分量。

3 與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的比較

110 kV級(jí)風(fēng)電場(chǎng)用感應(yīng)濾波變壓器是新型風(fēng)電場(chǎng)用主變，它與濾波裝置配合，克服了傳統(tǒng)濾波方式的諸多缺點(diǎn)：無(wú)源濾波效果較差;有源濾波設(shè)備復(fù)雜、投資大。并有效地改善風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量。

（1）由于變壓器內(nèi)部的濾波補(bǔ)償，可使并網(wǎng)系統(tǒng)效率提高1 %～3 %。

（2） 諧波吸收率可以達(dá)到90 %，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)濾波方式的60 %～70 %。

（3）功率因數(shù)可以達(dá)到0.97以上。

4 結(jié)語(yǔ)

110 kV級(jí)風(fēng)電場(chǎng)用感應(yīng)濾波變壓器，實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)濾波裝置直接對(duì)接，諧波就近抑制，高效節(jié)能、可靠性強(qiáng)，可以有效濾除風(fēng)力發(fā)電諧波90 %以上，在湖南婁底新化吉慶等多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)投入使用，運(yùn)行情況良好，達(dá)到預(yù)期效果。風(fēng)電場(chǎng)用感應(yīng)濾波變壓器市場(chǎng)需求會(huì)有爆發(fā)式的增長(zhǎng)，未來(lái)每年市場(chǎng)需求約為2 000萬(wàn)kVA，產(chǎn)值約8億元。相關(guān)技術(shù)在光伏發(fā)電、電解行業(yè)、軌道交通、船舶動(dòng)力等其他領(lǐng)域都可推廣使用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

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