風力發(fā)電箱變ppt課件

風電箱式變壓器 包鋼集團電氣有限公司謝佳賀2016 7 19 故障診斷 箱變的保護 箱變的巡視 箱變的分類 目錄 風能是當前最有發(fā)展前景的一種新型能源 它是一種潔凈 無污染 可再生的綠色能源 近幾年 風力發(fā)電在全國范圍內發(fā)展迅速 通常風力發(fā)電機的位置離負荷中心比較遠 其所產生的電能為交流690V 要將風力發(fā)電機組產生的電能輸送到較遠的距離就必須通過升壓設備將電壓升高 升壓設備就是 箱變的分類 箱式變壓器 安裝在風機塔筒外部的地面上 這是當前國內比較常見的形式 風電箱式變壓器 簡稱箱變 一般由高壓室 變壓器室和低壓室組成 根據產品結構不同及采用元器件的不同 分為歐式箱變和美式箱變兩種典型風格 近幾年 經過變壓器行業(yè)對美式箱變進行了改進 多了華式箱變 我國自70年代后期 從法國 德國等國引進及仿制的箱式變電站 從結構上采用高 低壓開關柜 變壓器組成方式 這種箱變稱為歐式箱變 形象比喻為給高 低壓開關柜 變壓器蓋了房子 從90年代起 我國引進美國箱式變電站 在結構上將負荷開關 環(huán)網開關和熔斷器結構簡化放入變壓器油箱浸在油中 避雷器也采用氧化鋅避雷器 變壓器取消油枕 油箱及散熱器暴露在空氣中 這種箱變稱為美式箱變 形象比喻為變壓器旁邊掛個箱子 華式箱式變壓器在美變的基礎上 只是將負荷開關放在了油箱的外面 箱變的分類 歐式箱變由于內部安裝常規(guī)開關柜及變壓器 產品體積較大 歐變功能區(qū)明了 常作成把高壓開關柜 變壓器 低壓開關柜分裝在高壓室 變壓器室 低壓室 三室彼此間隔 再用電纜或母排聯接 由三室組成的一個類似于小 套間 的房子 從三室的布置上分為品字型和目字型 歐式箱變高壓側采用負荷開關加限流熔斷器保護 發(fā)生一相熔斷器熔斷時 用熔斷器的撞針使負荷 歐式箱變 開關三相同時分閘 避免缺相運行 要求負荷開關具有切斷轉移電流能力 低壓側采用負荷開關加限流熔斷器保護 美式箱變分為前 后兩部分 前面為高 低壓操作室 操作室內包括高低壓接線端子 負荷開關操作柄 無載調壓分接開關 插入式熔斷器 油位計等 后部為主油箱及散熱片 將變壓器繞組 鐵芯 高壓負荷開關和熔斷器放入變壓器油箱中 變壓器取消油枕 采取油加氣隙體積恒定原則設計密封式油箱 油箱及散熱器暴露在空氣中 散熱良好 低壓斷路器采用塑殼斷路器作為主斷路器及出線斷路器 美式箱變 由于結構簡化 這種箱式變電站的占地面積和體積大大減小 體積僅為同容量歐式箱變的1 5 1 3 美變具有體積小的好處 這一點是歐變不能比的 美式箱變結構 目字形 品字形 美式箱變的優(yōu)點 1 與同容量的歐變相比較 美變的結構更為合理由于歐式箱變是將變壓器及普通的高壓電器設備裝于同一個金屬外殼箱體中 變壓器室溫很高 引起散熱困難 另一方面在箱體中采用普通的高壓負荷開關和熔斷器 低壓開關柜 所以箱式變體積較大 美式箱變整體結構緊湊 外形尺寸小 易于安裝 散熱良好 2 保護方式簡單美變高壓側采用熔斷器保護 低壓側采用塑殼自動空氣斷路器保護 與我國10kV配變保護方式相同 高壓熔斷器保護變壓器內部故障 智能斷路器保護低壓側線路的過電流 短路 欠電壓故障 3 產品成本較低美變由于其結構緊湊 保護方式簡單 使用材料少 所以其生產成本僅為歐變成本的60 75 國內風電發(fā)展速度比較快 并且為降低供電配套的成本 美式箱變得到了大量的應用 美式箱變的缺點 1 由于負荷開關浸在油里 在操作負荷開關時 油被電弧碳化 分解 產生乙炔等有害氣體 使得變壓器油的絕緣性能下降 易發(fā)生事故 負荷開關斷開后 看不到明顯斷開點 檢修不方便 2 美變體積較小 功能擴展方面不如歐變 由于不同容量箱變的土建基礎不同 使箱變的增容不便 當箱變過載后或用戶增容時 土建要重建 會有一個較長的停電時間 增加工程的難度 但是歐變可以通過更換變壓器來改變容量 而美變就不行 3 美變的高壓部分為插入式熔斷器 負荷開關 這一部分不如歐變的方案多 4 美變在低壓側加裝低壓配電柜 由于箱式變長期處于太陽的直曬下 影響塑殼斷路器的散熱 使得斷路器不能正常開斷負載及短路電流 易引發(fā)高壓側故障 箱變的運行特點 箱變的作用是將風力發(fā)電機發(fā)出的0 69kV電能經過升壓變?yōu)?5kV 再通過地埋電纜或架空線路輸送到風電場升壓站 綜合風電場及風力發(fā)電系統(tǒng)的特點 風電用35kV箱變具有以下幾個方面的技術特點 1 低進高出的連接方式 風電用箱變電源從低壓側0 69kV進線 高壓側35kV出線 進出線均采用電纜連接方式 目前風電機組的額定電壓為0 69kV 選用0 69kV 35kV的升壓變壓器 升壓至35kV 然后連接到110kV或220kV升壓變電站的35kV側配電裝置上 2 變壓器容量小 空載時間長 目前風力發(fā)電機組的功率為0 75 1 5MW 選用的變壓器容量在2000kVA及以下 容量較小 風力發(fā)電一般具有明顯的季節(jié)性 變壓器的年負載率低 3 箱變高壓側必須配置避雷器 避雷器的配置 以便與風力發(fā)電機的過電壓保護裝置組成過電壓吸收回路 在高壓側的絕緣設計上應充分考慮避雷器殘余電壓對高壓側電氣設備的影響 4 使用環(huán)境惡劣 我國風力資源豐富的地區(qū)一般在沿海 東北及西北地區(qū) 且箱變運行在野外 運行環(huán)境污穢嚴重 在沿海地區(qū)的設備應考慮防鹽霧和濕熱 在東北和西北地區(qū)要考慮低溫嚴寒及風沙等影響 5 過載時間少 由于變壓器容量一般都比風力發(fā)電機容量大 并且由于風機采用了微機技術 實現了風機自診斷功能 在風機過載時會自動采取限速措施或停止運行 基本上不會造成變壓器的過載運行 美變的保護 由于美變的生產成本低 占地面積小 結構緊湊 目前國內風力發(fā)電配套箱變大多采用的為美式箱變 美式箱變主要由高壓室 低壓室以及變壓器室三部分組成 這三部分都裝有不同的元器件以保證變壓器的安全可靠運行 1 高壓室元器件氧化鋅避雷器 放電計數器 高壓帶電顯示器 電磁鎖 高壓出線套管2 低壓室元器件框架式智能斷路器 氧化物避雷器 控制變壓器 油位計 泄壓閥 真空壓力表 溫濕度控制器 加熱器 溫控器 電壓表 電流表等 3 變壓器室元器件變壓器器身 高壓插拔式熔斷器 負荷開關等 高壓室美式箱變高壓室的組成非常簡單 將高壓室門打開 內部組成一目了然 高壓室主要組成部件有 高壓套管 氧化鋅避雷器 放電計數器 高壓電容傳感器 電磁鎖 加熱器 照明燈等 為防止出現誤操作 誤觸電等情況發(fā)生 高壓室一般由兩道門 高壓室保護 氧化鋅避雷器高壓側氧化鋅避雷器主要作用是保護變壓器免受過電壓的危害 在正常工作電壓時流過避雷器的電流極小 微安或毫安級 對地面來說視為斷路 一旦出現高電壓 且危及變壓器絕緣時 避雷器立即動作 將高電壓沖擊電流導向大地 從而限制電壓幅值 保護變壓器絕緣 當過電壓消失后 避雷器迅速恢復原狀 使線路正常工作 氧化鋅避雷器 由于變壓器基本不會受到雷擊過電壓的作用 所以避雷器主要作用是防護操作過電壓 放電計數器主要功能是用來監(jiān)測避雷器放電動作 在正常運行電壓下 流過計數器的漏電流非常小 計數器不動作 當避雷器通過雷電波 操作波和工頻過電壓時 強大的工作電流從計數器的非線性電阻通過 經過直流變換 對電磁線圈放電而使計數器吸動一次 來實現測量避雷器動作次數的裝置 由于密封不良 動作計數器在運行中可能進入潮氣或水分 使內部元件銹蝕 導致計數器不能正常動作 所以每年應檢查1次 放電計數器 高壓帶電顯示器一般安裝在高壓室內門上 配合高壓電容傳感器構成高壓帶電顯示系統(tǒng) 他能指示高壓電路是否帶電 并能閉鎖高壓電氣設備 以防止帶電操作 發(fā)生安全事故 防止電氣誤操作 帶T的為提示型 能正確顯示高壓回路是否帶電 帶Q為強制型 和電磁鎖配合 實現強制閉鎖開關手柄 網門 達到防止誤操作 電磁鎖 帶電顯示器 主要功能是在高壓回路帶電的情況下 電磁鎖是無法打開的 主要也是防止誤操作 電容傳感器裝置通過抽壓電容芯棒 從高壓帶電回路中抽取一定的電壓作為顯示和閉鎖的電源 傳感器為環(huán)氧樹脂澆注支柱絕緣子式產品 可做為隔離開關 接地開關和其它支柱絕緣子使用 具有高強度 耐電弧能力強 局部放電量小等特點 內埋設高強介電功能性材料制成芯棒式電容 電容的一端經上法蘭與高壓母線連接 另一端由傳感器下端 二 電容傳感器 次接線端 連接 定期對導電母排與高壓傳感器上法蘭連接處進行維護 以確保良好的電接觸 高壓限流熔斷器高壓側最主要的保護 型號一般為XRNT4 40 5 40 31 5 安裝在變壓器室內 主要由熔斷件 熔斷器底座和載熔件組成 是變壓器的過載和短路保護 連接在負荷開關和線圈出線之間 當電流超過規(guī)定值一定時間后 以熔斷件本身的熱量使熔體熔化將變壓器器身從高壓線路中切除 達到保護的目的 熔斷器 油浸式負荷開關美式箱變中負荷開關安裝在變壓器油箱內 主要功能是將變壓器從電網中切除 利用電弧本身能量使電弧周圍的油分解氣化并冷卻熄滅電弧 其結構較為簡單 負荷開關與熔斷器的根本區(qū)別在于 熔斷器具有開斷短路電流能力 而負荷開關只作為負荷電流的切換 無任何保護作用 負荷開關 低壓柜是連接在變壓器與風機之間的控制保護柜 整個控制回路包含變壓器的保護與控制和風機部分電器的控制 所以其內部元器件較多 布置緊湊 并且變壓器器身的保護和高壓側熔斷器以及負荷開關的控制全部都在低壓室內 低壓室電壓低 相對于高壓室安全的多 所以監(jiān)測儀表等部件也全部都裝設在低壓室內 低壓室保護 智能斷路器俗稱DW開關 低壓側最主要的保護 一般安裝在低壓配電柜中作主開關起總保護作用 用于控制和保護低壓柜 從結構 用途和所具備的功能來分 主要有萬能式 又稱框架式 和塑料外殼式兩大類 還有一些特殊用途的斷路器 如真空斷路器等 主要用來分配電能 保護線路 變壓器免受過載 欠電壓 短路 單相接地等故障的危害 智能斷路器 低壓斷路器根據其開斷方式的不同分為抽屜式和固定式兩種 抽屜式優(yōu)點 抽屜式斷路器可以通過操作機構將斷路器主體與后面的固定觸頭分開 確保變壓器與發(fā)電機組斷開 缺點 在將斷路器搖出后 對變壓器進行正常檢修過程中 靜觸頭上易附著砂土等雜物 在檢修完畢后 將斷路器合上后 動靜觸頭出現虛接發(fā)熱 易燒毀斷路器 嚴重時會起火將箱變低壓柜全部燒毀 低壓室保護 溫度控制器用于測量變壓器內變壓器油溫的測量儀表 紅色指針指示溫度為變壓器油所達到的最高溫度 黑色指針指示變壓器油即時溫度 此溫控器具有高溫報警 超高溫跳閘的功能 傳感器插入變壓器室內油面100mm左右 其控制信號接至DW開關上 在變壓器油溫過高時 輸出開關信號使DW開關跳閘 報警溫度85 跳閘溫度為105 溫度控制器 凝露監(jiān)控器凝露 是指環(huán)境溫度低于當時的露點溫度 空氣中的水蒸氣凝結成水珠 凝露是造成高低壓柜 端子箱事故的最大問題 凝露控制器是在空氣相對濕度為93 RH拐點處 觸發(fā)啟動加熱器 提高柜內溫度 降低環(huán)境空氣的露點溫度 使柜內受保護部位的表面溫度始終高于露點溫度 破壞凝露條件的形成 凝露監(jiān)控器 溫濕度控制器溫濕度控制器的控制方式有兩種 1 露點或凝露時啟動加熱器工作 當相對濕度小于75 RH時加熱器停止工作 2 濕度大于上限濕度或溫度低于下限溫度時 加熱器啟動 當濕度小于下限濕度或溫度高于上限溫度時 加熱器停止加熱 溫濕度控制器 根據兩種控制器的功能及工作原理 存在的問題如下 1 對于凝露監(jiān)控器 其在相對濕度93 RH時啟動控制 對整個控制系統(tǒng)起不到預防的作用 加上傳感器本身的誤差 造成控制不及時 對低壓柜保護系統(tǒng)會造成損害 最終導致事故的發(fā)生 2 對于溫濕度控制器 第1種控制方式與凝露監(jiān)控器一樣 第二種控制方式的控制點均可根據使用地點的不同而進行調整 結合低溫和高濕啟控的控制方式 可實現對溫度和濕度進行檢測和控制 可以有效預防開關柜凝露的發(fā)生 智能型的溫濕度控制器還具有加熱回路自檢功能 控制系統(tǒng)在一定的時間間隔就會對加熱器回路進行自檢 一旦出現異常 馬上就會輸出報警信號 并在面板上給予提示 提醒巡檢人員進行檢查更換 對比分析 梳狀鋁合金加熱器專為電力設備防潮 除濕設計的加熱器 該加熱器采用鋁合金散熱型材料和優(yōu)質的電熱絲組成 具有體積小 散熱均勻 熱傳導快 散熱面積大 外形美觀等特點 電熱絲的使用壽命比一般管狀加熱器要長許多 可以長期可靠的工作 此外 加熱器還具有絕緣強度高 安裝簡單等特點 配合溫濕度監(jiān)控器可實現電力的防潮 防凝露加熱控制自動化 35kV柜內一般應裝設2只150W的加熱器 鋁合金加熱器 電流表與互感器 電壓表與轉換開關 控制變壓器主要功能是為低壓控制系統(tǒng)提供電源 現場檢修時 也可以從低壓柜備用電源處取電 額定電壓比為690 380V 容量一般為3kVA 60kVA 根據用戶要求選取 一般選為5kVA 也有選取單相容量0 6kVA作為控制變 現在控制變?yōu)榱瞬僮靼踩?會將變壓器放在專用外殼內 防止操作人員誤觸電 控制變壓器 油位計顧名思義 就是測量變壓器油箱內油位 最大測量范圍為100mm 油位計以25 的油溫作油面水平的參考溫度 取代了連通式玻璃管油位計 當油箱內的油位由于溫度或其它原因升高或降低時 油位計的浮子隨著油面同步升高或降低 從而帶動指針旋轉 指示油位的高低 缺點是參考溫度只有一個25 而玻璃管式有25 40 以及 20 三個參考溫度 油位計 真空壓力表YZ70壓力真空表 是專為箱式電力變壓器配套的測壓儀表 它可直接反映出箱式變壓器隨環(huán)境溫度變化造成的內部壓力變化 觀察變壓器的正常運行 變壓器正常運行時壓力表的指示應該為0 在正常使用的情況下 應每半年進行一次檢驗 真空壓力表 泄壓閥此壓力釋放閥主要用于使變壓器油箱內的氣體壓力不超過預定值 當壓力高于釋放壓力時 閥將自動打開 使氣體外泄 當壓力低于釋放壓力時 閥自動關閉 另外 用戶還可隨時拉動拉環(huán) 打開閥門使壓力下降 釋放壓力范圍 P 0 03 0 01MPa 泄壓閥 箱式變壓器在運行中常常會因運行維護不當造成設備事故 如果運行人員定期通過看 聽 聞手段對設備進行巡視檢查 可以及時發(fā)現設備的缺陷 從而把設備故障處理在萌芽狀態(tài) 避免出現設備事故 正常巡視時間根據風場規(guī)定可自行安排 但每月應至少兩次 遇有下列情況 應進行特殊巡視 1 過負荷時 2 有重大缺陷的設備 3 新安裝投運和大修后投運的設備 4 惡劣氣候情況時 如大風 大霧 冰雪 高溫等 5 由調度發(fā)布的特殊命令時 箱變的巡視 一 土建部分1 箱變基礎完整 無裂縫 2 箱變地溝內清潔 有無積水 通風孔順暢 金屬部分無銹蝕 接地良好 二 箱體部分1 箱體外殼有無銹蝕 變形及較大縫隙 2 箱變內有無滲 漏水 凍霜現象 3 箱變外部保持整潔無粘貼物 箱變門鎖完好且配置正確 4 箱變箱體接地及銘牌完好 5 箱變散熱器及油箱頂蓋是否有滲漏油情況 巡視內容 三 高壓部分 1 避雷器表面清潔無損傷 無放電現象 2 放電計數器無破損 記錄放電計數器放電次數 與之前數據進行比對 判斷避雷器是否進行過放電 3 帶電指示器及短路故障指示器指示正確 4 高壓室門關閉嚴密 5 高壓進出線電纜孔洞封堵完好 巡視內容 四 低壓部分1 電流表 電壓表等表計均指示正常 2 各開關分合閘指示及標示應正確 3 低壓空氣開關無碰觸裸露導體部分的可能 4 各低壓空開上相應的標示數據完整 正確 5 機械聯鎖裝置完整可靠 6 機構箱門關閉嚴密 7 電纜進出孔洞封堵嚴密 8 電纜均掛電纜牌 且電纜牌上數據詳盡 正確 9 各低壓空開 纜連接處無發(fā)熱 放電現象 巡視內容 五 變壓器部分1 油位應在油標刻度的1 4 3 4以內 氣溫高時 油面在上限側 氣溫低時 油面在下限側 油面過低 應檢查是否漏油 若漏油應向上級匯報 進行停電檢修 2 看高 低壓套管表面是否清潔 有無裂紋 碰傷和放電痕跡 表面清潔是套管保持絕緣強度的先決條件 當套管表面沉積有灰塵 煤灰及鹽霧時 碰到陰雨天或霧天 便會沾上水分輕易引起套管的閃絡放電 因此應定期予以清掃 套管由于碰撞或放電等原因產生裂紋傷痕 也會使絕緣強度下降 造成放電 因此對有裂紋或碰傷的套管應及時更換 3 查看變壓器運行中箱體是否滲漏油 4 變壓器運行時 它的外殼接地 中性點接地 防雷接地的接地線應接在一起 共同完好接地 檢查中若發(fā)現導體銹蝕嚴重甚至斷股 斷線 應停電作相應處理 巡視內容 5 變壓器正常運行時會發(fā)出連續(xù)不斷的比較均勻的 嗡嗡 聲 這是在交變磁通作用下 鐵芯和線圈振動造成的 假如產生不均勻響聲或其他響聲都屬于不正?，F象 6 檢查溫控器指示溫度是否正常 觀察變壓器所達到的最高溫度 7 檢查泄壓閥處是否有滲油痕跡 8 檢查真空壓力表指示 判斷變壓器油箱內壓力是否正常 巡視內容 箱式變壓器的故障常被分為內部故障和外部故障兩種 內部故障為變壓器油箱內發(fā)生的各種故障 其主要類型有 各相繞組之間發(fā)生的相間短路 繞組的線匝之間發(fā)生的匝間短路 繞組或引出線通過外殼發(fā)生的接地故障等 外部故障為低壓柜內發(fā)生的各種故障 其主要類型有 絕緣套管閃絡或破碎而發(fā)生的接地短路 引出線之間發(fā)生相間故障等而引起變壓器內部故障或繞組變形等 斷路器故障或低壓母線對地放電引起著火燒毀低壓柜是主要外部故障 變壓器的內部故障從性質上一般又分為熱故障和電故障兩大類 熱故障通常為變壓器內部局部過熱 溫度升高 電故障通常指變壓器內部在高電場強度的作用下 造成絕緣性能下降或劣化的故障 根據放電的能量密度不同 電故障又分為局部放電 火花放電和高能電弧放電三種故障類型 故障診斷 故障診斷 變壓器故障的檢測技術是準確診斷故障的主要手段 檢測手段多種多樣 以直流電阻測試 變比測試以及變壓器油色譜分析最為直接有效 而變壓器油色譜分析對發(fā)現變壓器內部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效 油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產生速率隨溫度而變化 在特定溫度下 往往有某一種氣體的產氣率會出現最大值 隨著溫度升高 產氣率最大的氣體依次為甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應的關系 而局部過熱 電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產生故障特征氣體的主要原因 變壓器在正常運行狀態(tài)下 由于油和固體絕緣會逐漸老化 變質 分解出極少量的氣體 主要包括氫 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 一氧化碳 二氧化碳等多種氣體 當變壓器內部發(fā)生過熱性故障 放電性故障或內部絕緣受潮時 這些氣體的含量會迅速增加 色譜分析 故障類型 油過熱 主要增大的 CH4 C2H4