CN102842404B - 一种海上风力发电用干式变压器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安装在海上风力发电机塔筒或发动机舱内的全密封、自动循环、自动冷却的海上风力发电用干式变压器装置，该装置主要由树脂浇注干式变压器、全密封金属壳体、内部冷却器、外部冷却器、冷却水泵和控制器组成。金属全密封壳体能有效防止外部湿气、盐份及腐蚀性气体侵蚀；变压器不与海上自然环境直接接触，抗腐蚀能力强，寿命长；变压器材料具有难燃自熄特性，不易发生火灾；低压线圈和高压线圈绕组内设有冷却风道，采用导向板装置，使散热效率大大提高，变压器过载能力强，特别适合风力发电功率快速大幅波动场合。

Description

一种海上风力发电用干式变压器装置

技术领域

本发明涉及一种变压器装置，尤其涉及一种安装在海上风力发电机塔筒内或用于全封闭内循环的干式变压器装置。

背景技术

变压器是海上风力发电场配套于风力发电机组用于发送电的主要设备，作用是将海上风电机组发出的690v电能通过变压器变压成35kv，输送到岸上变电站，再经过岸上变电站并网至电网中。由于受海洋气候、环境等因素影响，诸如：变压器安放的特殊位置，海上没有地表，用来放置变压器的位置只能在塔筒或发动机舱里；变压器室需要保持通风良好，以散发掉其自身损耗带来的热量，而海上不具备陆地气候条件，海水、超强湿度及盐份侵蚀是变压器不能耐受的，由于海上自然环境的特殊性，常规型变压器在海上风电场的使用寿命只能是陆上使用寿命1/3-1/4的期限。因此，开发适应海上风力发电场使用的变压器安全***，保障海上风力发电机组的安全运行势在必行。

发明内容

本发明提供一种安装在海上风力发电机塔筒或发动机舱内的具有防腐蚀、耐盐雾、耐霉菌、安全性高、使用寿命长等特点的全密封、自动循环、自动冷却的风力发电用干式变压器装置。

解决上述问题所采取的技术措施是：

一种海上风力发电用干式变压器装置，其特征是：在封闭式壳体2内装有干式变压器1，封闭式壳体2内侧上部的窗口处装有内部冷却器3，封闭式壳体2内侧的下部开有气流口8，在干式变压器1的绕组下侧的周边与封闭式壳体2之间的空处安装气流导向板7，在封闭式壳体2外部的上端处安装冷却器4，在封闭式壳体2外部的下端处安装冷却水泵6，内部冷却器3、外部冷却器4和冷却水泵6通过冷却管道连接成一个完整的水冷循环回路，干式变压器1、内部冷却器3、外部冷却器4和冷却水泵6通过控制电缆与控制装置5连接；控制装置5的电路由强电控制部分和弱电控制部分组成，其中：强电控制电路之间的连接关系是：三相电源L1、L2、L3通过电缆分别连接三相空气开关Q1、Q2、Q3，三相空气开关Q1、Q2、Q3再通过电缆分别连接中间继电器K1、K2、K3的常开触点，单相电源L1与单相空气开关F10相连接，单相空气开关F10再与直流开关电源G10相连接，由中间继电器K1、K2、K3的常开触点分别连接内部冷却器3、外部冷却器4和冷却水泵6；弱电控制电路之间的连接关系是：工业单片机由两块印刷线路板组成，温度采集部分用的温度传感器PT100的信号端与工业单片机连接，数码显示部分由线路板上的三位数码管组成，键盘输入部分由线路板上的三个微动按键开关组成，工业单片机的信号输出端与继电器K20、K21、K30连接，继电器K20、K21、K30的输出端与中间继电器K1、K2、K3连接。

本发明的有益效果：本发明采用金属全密封壳体封闭，有效防止外部湿气、盐份及腐蚀性气体侵蚀；装置中的变压器不与海上自然环境直接接触，抗腐蚀能力强，使用寿命长；变压器使用的材料具有难燃自熄特性，不易发生火灾；低压绕组、高压绕组内设计有冷却风道，并采用导向板装置，使变压器过载能力强，特别适合风力发电功率快速大幅波动场合。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中控制装置的强电控制电路原理图；

图3为本发明中控制装置的弱电控制电路原理图；

图4为本发明中控制装置的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做具体描述。

一种海上风力发电用干式变压器装置，安装在海上风力发电机塔筒或发动机舱内使用。其具体结构如图1所示，在封闭式壳体2内装有干式变压器1，封闭式壳体2内侧上部的窗口处装有内部冷却器3，封闭式壳体2内侧的下部开有气流口8，在干式变压器1的绕组下侧的周边与封闭式壳体2之间的空处安装气流导向板7，在封闭式壳体2外部的上端处安装冷却器4，在封闭式壳体2外部的下端处安装冷却水泵6，内部冷却器3、外部冷却器4和冷却水泵6通过冷却管道连接成一个完整的水冷循环回路，干式变压器1、内部冷却器3、外部冷却器4和冷却水泵6通过控制电缆与控制装置5连接。

其中：干式变压器1由铁心、夹件、拉板、底座、低压线圈、高压线圈及低压、高压接线端子组成，铁心用硅钢片或者非晶合金制成，通过夹件和拉板夹紧，夹件和拉板表面喷涂具有防潮湿、防盐雾、防霉菌的三防漆，低压线圈和高压线圈由H（F）级漆包电磁线制成绕组，外包玻璃纤维网格布增强，在真空状态下采用环氧树脂混合料进行浇注，玻璃纤维嵌入环氧树脂中，可以吸收由于负荷变化而使导线和热胀产生的能量，防止线圈开裂；封闭式壳体是用金属板材按一定的尺寸结构弯制而成，壳体上盖可以拆卸，以方便变压器吊入，壳体上还开有窗口，用来安装内部冷却器，在壳体内还安装气流导向板，能够有效地把热交换器所带过来的冷空气吹入绕组和铁心内部，低压线圈和高压线圈绕组内设有冷却风道，使散热效率大大提高；同时采用水冷风冷共同循环的冷却方式，在封闭式壳体及其塔筒外部加装冷却器，通过冷却器内部的风冷和水冷循环方式，对封闭在壳体内部的变压器进行整体冷却。

控制装置5是监视变压器线圈和铁心温度并根据温度变化情况对内部和外部冷却器进行启动和停止控制，并向主控室发出超温或故障信号的装置，控制装置5的电路分为强电控制部分和弱电控制部分。图2为本发明中控制装置的强电控制电路原理图，如图2所示，L1、L2、L3、N为三相四线电源，为内、外冷却器及冷却水泵、直流开关电源的外接电源，三相电源L1、L2、L3通过电缆分别连接三相空气开关Q1、Q2、Q3，它们是对内、外冷却器及冷却水泵的过流保护；三相空气开关Q1、Q2、Q3再通过电缆分别连接控制内、外冷却器及冷却水泵的中间继电器K1、K2、K3的常开触点，单相电源L1与供工业单片机及继电器控制使用的单相空气开关F10相连接，是对直流开关电源的过流保护；单相空气开关F10再与直流开关电源G10相连接；中间继电器K1、K2、K3是弱电控制强电部分的控制元件，由中间继电器K1、K2、K3的常开触点分别连接内部冷却器3、外部冷却器4及冷却水泵6。图3为本发明中控制装置的弱电控制电路原理图，如图3所示，工业单片机PIC16F873-系列由德国沃尔夫冈有限公司（Wolfgang JOPPICH）生产，它由两块印刷线路板组成，温度采集输入转换部分通过接线端子连接温度传感器PT100，将信号传入线路板，数码显示部分采用常规三位数码管线路板，键盘输入部分采用常规三个微动按键开关线路板，通过数码显示和键盘输入各部动作的设定值，温度采集部分实时监测实际温度，工业单片机实时计算比较设定值与实际温度值，按既定的程序控制内、外冷却器及冷却水泵，由接线端子连接输出信号控制继电器K20、K21、K30，控制信号通过继电器K20、K21、K30，进而控制中间继电器K1、K2、K3，实现控制内、外冷却器及冷却水泵的功能。

图4为本发明中控制装置的控制流程图，其控制原理如下：安装在变压器线圈和铁心中的铂电阻温度计PT100的温度信号经模数转换电路送入工业单片机，工业单片机根据测量数据以及用户设定的各种控制参数进行计算和处理，根据设定的启动和停止变压器内部冷却器的变压器线圈温度值T1、T1′，启动和停止冷却水泵的变压器线圈温度值T2、T2′,启动和停止外部冷却器的冷却液体温度值T3、T3′的温度变化情况，分别启动和停止内部冷却器、冷却水泵及外部冷却器，如果变压器线圈超温可发出超温报警或跳闸信号。

本装置的运行过程如下：变压器在送电前，需对整个冷却***注入冷却液，当水泵上的压力达到所要求的真空度时，停止注入防冻液，静放一段时间后，冷却液管道的空气陆续排出，这时管道内部的压力有可能下降，再通过水泵对水管进行打压，让压力保持在定值；变压器带电运行时，变压器本身的损耗会产生大量的热量，热量往上走，通过封闭式壳体上带有冷却水管的内部冷却器把热风进行冷却，冷却方式是风冷加水冷，冷却液体由于吸收了热量温度会升高，通过冷却管传到外部冷却器对液体进行冷却，这样变压器产生的热量就通过整个风冷水冷循环***被带到塔筒外部。冷却过的空气通过密封壳体气流口吹入到变压器的底部，这样就完成了一套热量在内部冷却器和外部冷却器之间进行交换的过程，从而保证了变压器安全有效地运行。

Claims (1)

1.一种海上风力发电用干式变压器装置，其特征是：在封闭式壳体（2）内装有干式变压器（1），封闭式壳体（2）内侧上部的窗口处装有内部冷却器（3），封闭式壳体（2）内侧的下部开有气流口（8），在干式变压器（1）的绕组下侧的周边与封闭式壳体（2）之间的空处安装气流导向板（7），在封闭式壳体（2）外部的上端处安装冷却器（4），在封闭式壳体（2）外部的下端处安装冷却水泵（6），内部冷却器（3）、外部冷却器（4）和冷却水泵（6）通过冷却管道连接成一个完整的水冷循环回路，干式变压器（1）、内部冷却器（3）、外部冷却器（4）和冷却水泵（6）通过控制电缆与控制装置（5）连接；控制装置（5）的电路由强电控制部分和弱电控制部分组成，其中：强电控制电路之间的连接关系是：三相电源L1、L2、L3通过电缆分别连接三相空气开关Q1、Q2、Q3，三相空气开关Q1、Q2、Q3再通过电缆分别连接中间继电器K1、K2、K3的常开触点，单相电源L1与单相空气开关F10相连接，单相空气开关F10再与直流开关电源G10相连接，由中间继电器K1、K2、K3的常开触点分别连接内部冷却器（3）、外部冷却器（4）和冷却水泵（6）；弱电控制电路之间的连接关系是：工业单片机由两块印刷线路板组成，温度采集部分用的温度传感器PT100的信号端与工业单片机连接，数码显示部分由线路板上的三位数码管组成，键盘输入部分由线路板上的三个微动按键开关组成，工业单片机的信号输出端与继电器K20、K21、K30连接，继电器K20、K21、K30的输出端与中间继电器K1、K2、K3连接。