沿海风电场风机箱变选型探讨
日期：2010-8-14 20:52:16 点击：
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作者： 未知
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摘要: 近几年来风机箱变产业随着国内风电装机容量的快速发展而快速增长, 风电产业的繁荣发展给风电变的发展带来了难得的发展机遇。本文对风电场使用中的欧变、美变, 提出了箱变的配置、功能上的要求及在签署设备技术协议中及监造过程中应注意的事项着重提出了建议, 提出了风电场箱变的选型过程中注意的问题。
关键词: 风电; 箱变; 选型
随着国内风电行业的爆发式发展, 07 年底装机容量已达600 万kW, 虽然箱变的投资在整套风电机组中占有的投资比例约占3%～4%, 但箱变的运行是风机发电上网的一个瓶颈。随着国家大型风电场越来越多, 风电场占地面积范围越来越大, 以江苏东台风电场为例, 一期工程装机容量200MW, 风机134 台, 占地范围约56 平方公里, 这么大的范围对于箱变的运行情况的巡查, 是比较困难的问题, 目前风电场箱变绝大部分还没有纳入到风机监控系统中。以上两点都对箱变运行的可靠性提出了要求, 降低故障率, 做到免维护, 是对箱变的要求目标。这就需要根据风电场所在地的气候特点及风机对箱变的要求进行个性化的配置, 其中重要的是生产厂家的箱变质量要能够满足风电场现场恶劣的环境要求。
2 箱变类型介绍
欧变是由高压开关设备、变压器本体、低压开关设备均在不同的隔室内, 外观上为方方正正的一种变电设备。美变是将升压变压器器身、高压负荷开关设备、熔断器、低压开关柜等相应辅助设备进行组合的变压器。
1) 电压
高压侧额定电压: 40.5kV;
3) 额定热稳定电流及耐受时间
低压侧: 50kA, 1s。
4) 额定动稳定电流值
高压侧: 50kA;
5) 额定绝缘水平
高压侧: 对地及相间隔离断口
工频耐压: 95kV 118kV
冲击峰值耐压: 185kV 215kV
低压侧:
工频耐压: 2 500V 6) 相数: 三相
7) 35kV 系统中性点接地方式: 不接地
8) 箱体防护等级: lP33, 室门打开后lP2X
9) 变压器降容小于5%
3.1.2 外壳结构
1) 通风孔设计。可选用强排风方式或自然通风方式。通风孔在设计时要考虑到, 在台风条件下空气进入到箱变中引起箱变内正压造成门被冲击开的极端情况。
2) 外壳材料的选择。可选镀铝镁锌钢板, 敷铝锌钢板, 镀锌钢板, 玻纤水泥外壳等。在沿海地区, 气候潮湿, 空气中盐雾成分较大, 宜采用玻纤水泥外壳。
3) 箱体设计。箱体采用模块化设计, 采用螺栓或( 铆钉) 连接既便于扩展又能在装配质量和零件防腐上获得最佳效果。
4) 加热除湿功能。考虑到沿海地区, 空气湿度较大,对于暴露在空气中母线, 开关等设备, 具有一定的腐蚀作用, 因此要在箱变中设立空气除湿器, 能够根据空气中的湿度, 自动开动加热器和排风设备等。
3.1.3 高压单元的分类
1) SF6 绝缘开关
江苏某风电场部分箱变高压单元采用的是ABB 公司生产的SafeRing/SafePlus40.5KV 系列SF6 绝缘开关柜。它们特点是结构紧凑、开关母线不受环境影响, 维护工作量小, 寿命长。
2) 空气绝缘负荷隔离开关熔断器组合电器开关欧变大多采用是空气绝缘负荷开关, 优点是价格低,缺点是占据空间大, 整个开关暴露在空气中, 在沿海区开关易遭盐雾腐蚀。市场上广泛采用的有以下几种开关：
东台风电场欧变开关采用的是华仪公司出厂的开关。华仪开关真空隔离负荷开关是专为35kV 箱式变电站设计的, 产品体积小, 操作简单。其结构科学合理, 动作灵活可靠。组合电器配用系列撞针式熔断器, 熔断器更换方便安全, 作为开断负荷电流、过载电流和短路电流之用。
3.1.4 变压器单元 信息来自:www.tede.cn
1) 可采用全密封式油浸配电变压器, 特点是采用波纹油箱技术, 免吊芯, 维护简单, 如图3 所示。
2) 也可采用干式变压器( 由于造价较高, 不推荐使用) , 具有防火、阻燃特点, 如图4 所示。
3) 普通油变
3.1.5 低压单元
低压开关选用取决于风机厂家对于箱变的技术要求。可采用断路器式, 如华锐风机, 或采用刀熔开关馈线 直立式插拔式熔断器馈线, 如GE 风机。
3.2 美变配置、特性
3.2.1 负荷开关的比较
美变负荷开关在变压器油中, 利用油作为绝缘、灭弧介质, 这样就可以把相间距离做的很小, 这是美变尺寸小的一个主要原因。应用较多的负荷开关是美国“copper”,另一个是浙江台州“超固”。
3.2.2 高压出线套管
一种为全绝缘、全密封的插件套管, 特点就是相间距离小, 防尘性能好, 安全性好。另一种是瓷瓶出线套管,这种套管相间距离大, 电缆连接靠电缆接线鼻子连接, 对于这种情况厂家采用外部配置一个电缆箱来保护人防止误触带电端子。对于采用全绝缘插头后, 可采用全绝缘式避雷器。
3.2.3 油箱结构
3.2.4 熔断器
分为两种, 一种为后备式保护, 把熔断器直接放在油箱中。另一种为可插拔式全范围熔断器。后备式有个最大的缺点就是熔断器熔断后, 变压器必须返厂重新更换熔断器, 修理时间长。插拔式熔断器损坏后, 可直接拔出更换, 对变压器做完检测后可立即更换。维修时间短, 也就间接创造了经济效益。如采用美变建议采用此种形式。
3.2.5 油箱外壳
美式箱变全器身都暴露在露天环境中, 风沙、盐雾、日光曝晒等因素对变压器的外壳, 提出很高的要求。关键是油箱波纹管和器身的焊接连接部位, 如有焊接不好, 时间久后, 会发生漏油等问题。
某变压器采用“三防” 表面处理工艺流程大致如下:
底材表面喷砂除锈, 要求达Sa2.5 级, 表面粗糙度达Rz40～70μm, 清洁干净后按要求喷涂一层环氧富锌漆、环氧云铁厚姜漆和两道聚氨丙稀酸面漆, 最后再在产品底座刷涂一层1.5～2mm 厚的沥青( 如表2 所示) 。 信息请登陆:输配电设备网
以前未做过三防表面处理的美式箱变表面出现严重的锈蚀现象。图7 中广东某风电场经过改造后的美式箱变于2005 年10 月投运至2006 年6 月, 已经过现场8 个月的运行, 还锈蚀, 说明该处理方案能经得住时间和环境的严酷检验。
东台风电场美式箱变经过一年来的运行来看, 外壳没有锈蚀现象, 如图8 所示。
3.2.6 散热片结构形式
有的箱变制造厂家采用的是多组片式结构( 如图8) ,该结构对变压器油箱的受力较好。还有的采用的是整体式波纹油箱( 如图9) , 对于波纹片焊接处要求工艺较高, 如处理不好, 焊缝处容易发生腐蚀和漏油。如果风场在温差较大的地区, 要考虑好油箱的结构型式, 温度低的时候有可能造成油面下降, 绕组绝缘性能降低, 容易造成事故。
3.2.7 变压器高压侧断路情况
一是在通过安装故障指示器, 这样在启动风机前通过人工观察就可以发现问题。二是在运行中发生缺相运行问题, 通过跳开低压侧断路器来保护风机不受损害, 跳开后变压器在无载条件下运行。
4 签订技术协议、监造、运行中的需注意问题
4.1 签署技术协议注意事项
在和变压器生产厂家签署技术协议时, 应考虑根据风机设备技术要求, 结合风电场所处的自然环境情况, 运行管理的需要, 注意事项如下:
1) 箱变锁的选择。考虑到运行中检查箱变的便利性,要求生产厂家配置不锈钢通用锁。
2) 放油阀的位置。考虑到取油样的便利性, 美变一般应位于箱变壳外侧。
3) 美式箱变的固定方式。采用预埋螺栓固定方式。
4) 箱变防水、防潮。为防止箱变基础内的潮气对箱变底部的钢板造成腐蚀, 采取在底部钢板下表面刷沥青漆方式。箱变安装完毕再采用用沥青对底部缝隙进行灌封的方式, 取得了较好的防渗水、防潮气效果。
5) 预留好箱变监控接口。有些风机厂家监控系统可以提供I /O 接口, 可以把箱变的一些开关量信号接入到PLC 中, 如负荷开关分断、变压器油温、门开关信号等远程传送到风机SCADA 中, 远程监视箱变运行状态。
4.2 箱变监造要点
1) 高压负荷开关的选择。经过比较后选用了华仪电器的负荷开关熔断器组合电器, 此开关操作简单, 各项保护措施较完善。出厂前检查要点如下:
①开关有没有自带接地闸刀;
②隔离闸刀三相合闸同步;
③开关机构与柜门之间有没有联锁装置;
④手动模拟熔断器熔断, 开关能不能可靠脱扣;
⑤缺相脱扣启动撞板有无随机性卡涩现象;
⑥开关主限位挡杆因操作振动而松动的现象;
⑧开关多处是否存在锈蚀现象。
2) 箱体防腐和强度检查要点
①主体龙骨结构是否采用经镀锌处理的钢材制造;
②箱体底部基座是否采用防腐处理措施;
③箱体多个结构处有无裂缝;
④箱体的外门有无下坠变形, 有的无法关闭配合性如
何;
⑤门轴等小件是否采用不锈钢材质产品。 信息请登陆:输配电设备网
4.3 投运前及运行中注意检查的问题
1) 在投运前对于箱变的油位, 油路阀门、负荷开关分合、熔断器都要进行检查, 避免箱变油位过低造成运行事故。
2) 在运行过程中, 特别在箱变投入初期和大负荷考验中, 特别要注意低压侧接线端子的温度。低压侧满负荷电流可达到1 300A, 在运行中用测温仪做好检测工作。在投运前要对接线螺栓进行力矩抽查, 避免接触不牢固发热造成事故。
5 小结
经过专业的特殊三防处理的箱变外壳, 不管是欧变还是美变, 都可以满足海边恶劣的环境条件。沿海风电场箱变选型过程中只要做好准备, 充分考虑选型中应注意的事项, 就一定能选出适应沿海风电场环境的箱变。
作者简介: 郑江峰, 男, 1980 年生, 河北邢台人, 大学本科, 助理工程师。研究领域: 工程项目管理。
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关键词: 风电; 箱变; 选型
中图分类号: TK83 文献标识码: A 文章编号: 1009- 9492 (2008) 09- 0121- 04
1 引言
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随着国内风电行业的爆发式发展, 07 年底装机容量已达600 万kW, 虽然箱变的投资在整套风电机组中占有的投资比例约占3%～4%, 但箱变的运行是风机发电上网的一个瓶颈。随着国家大型风电场越来越多, 风电场占地面积范围越来越大, 以江苏东台风电场为例, 一期工程装机容量200MW, 风机134 台, 占地范围约56 平方公里, 这么大的范围对于箱变的运行情况的巡查, 是比较困难的问题, 目前风电场箱变绝大部分还没有纳入到风机监控系统中。以上两点都对箱变运行的可靠性提出了要求, 降低故障率, 做到免维护, 是对箱变的要求目标。这就需要根据风电场所在地的气候特点及风机对箱变的要求进行个性化的配置, 其中重要的是生产厂家的箱变质量要能够满足风电场现场恶劣的环境要求。
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2 箱变类型介绍
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
欧变是由高压开关设备、变压器本体、低压开关设备均在不同的隔室内, 外观上为方方正正的一种变电设备。美变是将升压变压器器身、高压负荷开关设备、熔断器、低压开关柜等相应辅助设备进行组合的变压器。
3 技术特性
3.1 欧变设备配置、特点
3.1.1 欧变( 美变) 额定参数
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1) 电压
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高压侧额定电压: 40.5kV;
低压侧额定电压: 0.69kV。
2) 额定频率: 50Hz
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3) 额定热稳定电流及耐受时间
高压侧: 20kA, 2s;
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低压侧: 50kA, 1s。
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4) 额定动稳定电流值
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高压侧: 50kA;
低压侧: 80kA。
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5) 额定绝缘水平
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高压侧: 对地及相间隔离断口
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工频耐压: 95kV 118kV
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冲击峰值耐压: 185kV 215kV
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低压侧:
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工频耐压: 2 500V 6) 相数: 三相
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7) 35kV 系统中性点接地方式: 不接地
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8) 箱体防护等级: lP33, 室门打开后lP2X
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9) 变压器降容小于5%
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3.1.2 外壳结构
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1) 通风孔设计。可选用强排风方式或自然通风方式。通风孔在设计时要考虑到, 在台风条件下空气进入到箱变中引起箱变内正压造成门被冲击开的极端情况。
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2) 外壳材料的选择。可选镀铝镁锌钢板, 敷铝锌钢板, 镀锌钢板, 玻纤水泥外壳等。在沿海地区, 气候潮湿, 空气中盐雾成分较大, 宜采用玻纤水泥外壳。
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3) 箱体设计。箱体采用模块化设计, 采用螺栓或( 铆钉) 连接既便于扩展又能在装配质量和零件防腐上获得最佳效果。
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4) 加热除湿功能。考虑到沿海地区, 空气湿度较大,对于暴露在空气中母线, 开关等设备, 具有一定的腐蚀作用, 因此要在箱变中设立空气除湿器, 能够根据空气中的湿度, 自动开动加热器和排风设备等。
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3.1.3 高压单元的分类
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1) SF6 绝缘开关
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江苏某风电场部分箱变高压单元采用的是ABB 公司生产的SafeRing/SafePlus40.5KV 系列SF6 绝缘开关柜。它们特点是结构紧凑、开关母线不受环境影响, 维护工作量小, 寿命长。
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2) 空气绝缘负荷隔离开关熔断器组合电器开关欧变大多采用是空气绝缘负荷开关, 优点是价格低,缺点是占据空间大, 整个开关暴露在空气中, 在沿海区开关易遭盐雾腐蚀。市场上广泛采用的有以下几种开关：
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东台风电场欧变开关采用的是华仪公司出厂的开关。华仪开关真空隔离负荷开关是专为35kV 箱式变电站设计的, 产品体积小, 操作简单。其结构科学合理, 动作灵活可靠。组合电器配用系列撞针式熔断器, 熔断器更换方便安全, 作为开断负荷电流、过载电流和短路电流之用。
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3.1.4 变压器单元 信息来自:www.tede.cn
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1) 可采用全密封式油浸配电变压器, 特点是采用波纹油箱技术, 免吊芯, 维护简单, 如图3 所示。
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2) 也可采用干式变压器( 由于造价较高, 不推荐使用) , 具有防火、阻燃特点, 如图4 所示。
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3) 普通油变
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3.1.5 低压单元
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低压开关选用取决于风机厂家对于箱变的技术要求。可采用断路器式, 如华锐风机, 或采用刀熔开关馈线 直立式插拔式熔断器馈线, 如GE 风机。
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3.2 美变配置、特性
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3.2.1 负荷开关的比较
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美变负荷开关在变压器油中, 利用油作为绝缘、灭弧介质, 这样就可以把相间距离做的很小, 这是美变尺寸小的一个主要原因。应用较多的负荷开关是美国“copper”,另一个是浙江台州“超固”。
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3.2.2 高压出线套管
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一种为全绝缘、全密封的插件套管, 特点就是相间距离小, 防尘性能好, 安全性好。另一种是瓷瓶出线套管,这种套管相间距离大, 电缆连接靠电缆接线鼻子连接, 对于这种情况厂家采用外部配置一个电缆箱来保护人防止误触带电端子。对于采用全绝缘插头后, 可采用全绝缘式避雷器。
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3.2.3 油箱结构
分为两种, 一种是传统的共箱油箱, 一种是分箱油箱。共箱就是把负荷开关、熔断器、变压器铁芯、油等设备布置在同一个油箱内。分箱式油箱是把负荷开关和熔断器单独分开作为一个油箱, 这样就可以把熔断器和负荷开关切换过程中产生的游离炭独立及出现故障时不影响到铁芯油箱。从技术上来讲分箱油箱更安全可靠, 但是考虑到风电箱变操作次数很少, 对于这个结构, 对变压器的影响都不是很大, 采用何种方式均可。
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3.2.4 熔断器
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分为两种, 一种为后备式保护, 把熔断器直接放在油箱中。另一种为可插拔式全范围熔断器。后备式有个最大的缺点就是熔断器熔断后, 变压器必须返厂重新更换熔断器, 修理时间长。插拔式熔断器损坏后, 可直接拔出更换, 对变压器做完检测后可立即更换。维修时间短, 也就间接创造了经济效益。如采用美变建议采用此种形式。
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3.2.5 油箱外壳
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美式箱变全器身都暴露在露天环境中, 风沙、盐雾、日光曝晒等因素对变压器的外壳, 提出很高的要求。关键是油箱波纹管和器身的焊接连接部位, 如有焊接不好, 时间久后, 会发生漏油等问题。
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某变压器采用“三防” 表面处理工艺流程大致如下:
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底材表面喷砂除锈, 要求达Sa2.5 级, 表面粗糙度达Rz40～70μm, 清洁干净后按要求喷涂一层环氧富锌漆、环氧云铁厚姜漆和两道聚氨丙稀酸面漆, 最后再在产品底座刷涂一层1.5～2mm 厚的沥青( 如表2 所示) 。 信息请登陆:输配电设备网
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以前未做过三防表面处理的美式箱变表面出现严重的锈蚀现象。图7 中广东某风电场经过改造后的美式箱变于2005 年10 月投运至2006 年6 月, 已经过现场8 个月的运行, 还锈蚀, 说明该处理方案能经得住时间和环境的严酷检验。
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东台风电场美式箱变经过一年来的运行来看, 外壳没有锈蚀现象, 如图8 所示。
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3.2.6 散热片结构形式
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有的箱变制造厂家采用的是多组片式结构( 如图8) ,该结构对变压器油箱的受力较好。还有的采用的是整体式波纹油箱( 如图9) , 对于波纹片焊接处要求工艺较高, 如处理不好, 焊缝处容易发生腐蚀和漏油。如果风场在温差较大的地区, 要考虑好油箱的结构型式, 温度低的时候有可能造成油面下降, 绕组绝缘性能降低, 容易造成事故。
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3.2.7 变压器高压侧断路情况
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一是在通过安装故障指示器, 这样在启动风机前通过人工观察就可以发现问题。二是在运行中发生缺相运行问题, 通过跳开低压侧断路器来保护风机不受损害, 跳开后变压器在无载条件下运行。
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4 签订技术协议、监造、运行中的需注意问题
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4.1 签署技术协议注意事项
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在和变压器生产厂家签署技术协议时, 应考虑根据风机设备技术要求, 结合风电场所处的自然环境情况, 运行管理的需要, 注意事项如下:
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1) 箱变锁的选择。考虑到运行中检查箱变的便利性,要求生产厂家配置不锈钢通用锁。
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2) 放油阀的位置。考虑到取油样的便利性, 美变一般应位于箱变壳外侧。
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3) 美式箱变的固定方式。采用预埋螺栓固定方式。
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4) 箱变防水、防潮。为防止箱变基础内的潮气对箱变底部的钢板造成腐蚀, 采取在底部钢板下表面刷沥青漆方式。箱变安装完毕再采用用沥青对底部缝隙进行灌封的方式, 取得了较好的防渗水、防潮气效果。
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5) 预留好箱变监控接口。有些风机厂家监控系统可以提供I /O 接口, 可以把箱变的一些开关量信号接入到PLC 中, 如负荷开关分断、变压器油温、门开关信号等远程传送到风机SCADA 中, 远程监视箱变运行状态。
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4.2 箱变监造要点
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对于欧变和美变要做好出厂前的设备监造工作, 我公司对于箱变出厂前, 派技术人员到工厂参加了监造。在源头上对设备的很多缺陷进行了处理, 做到了事前控制。欧变出厂前检查要点如下。
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1) 高压负荷开关的选择。经过比较后选用了华仪电器的负荷开关熔断器组合电器, 此开关操作简单, 各项保护措施较完善。出厂前检查要点如下:
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①开关有没有自带接地闸刀;
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②隔离闸刀三相合闸同步;
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③开关机构与柜门之间有没有联锁装置;
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④手动模拟熔断器熔断, 开关能不能可靠脱扣;
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⑤缺相脱扣启动撞板有无随机性卡涩现象;
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⑥开关主限位挡杆因操作振动而松动的现象;
⑦机械五防;
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⑧开关多处是否存在锈蚀现象。
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2) 箱体防腐和强度检查要点
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①主体龙骨结构是否采用经镀锌处理的钢材制造;
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②箱体底部基座是否采用防腐处理措施;
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③箱体多个结构处有无裂缝;
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④箱体的外门有无下坠变形, 有的无法关闭配合性如
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⑤门轴等小件是否采用不锈钢材质产品。 信息请登陆:输配电设备网
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4.3 投运前及运行中注意检查的问题
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1) 在投运前对于箱变的油位, 油路阀门、负荷开关分合、熔断器都要进行检查, 避免箱变油位过低造成运行事故。
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2) 在运行过程中, 特别在箱变投入初期和大负荷考验中, 特别要注意低压侧接线端子的温度。低压侧满负荷电流可达到1 300A, 在运行中用测温仪做好检测工作。在投运前要对接线螺栓进行力矩抽查, 避免接触不牢固发热造成事故。
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5 小结
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经过专业的特殊三防处理的箱变外壳, 不管是欧变还是美变, 都可以满足海边恶劣的环境条件。沿海风电场箱变选型过程中只要做好准备, 充分考虑选型中应注意的事项, 就一定能选出适应沿海风电场环境的箱变。
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作者简介: 郑江峰, 男, 1980 年生, 河北邢台人, 大学本科, 助理工程师。研究领域: 工程项目管理。
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