油浸式变压器在光伏电站项目建设选型研究

油浸式变压器在光伏电站项目建设选型研究

段耀疆,周志雄,张亮

新疆风能有限责任公司  新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

摘要：变压器是一种能改变交流电压却保持频率不变的电气设备，在光伏系统中，变压器是可靠性最稳定可靠的电气设备之一，所以光伏组件区的升压变压器如何选型，各元器件如何选择、排布及安装，将直接影响系统的发电效率及后期运维的工作效率。

关键词：油侵式变压器美式变压器瓦斯继电器

1.引言

风电、光伏作为最为清洁的能源，受到全球青睐，各国纷纷出台了鼓励新能源发展的措施，政府对于新能源的支持力度将不断加大，包括政策扶持、补贴等，同时技术的不断进步，使得新能源的成本逐渐降低，效率不断提高，进一步促进了风电、光伏等新能源的发展。其中光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能，理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，故光伏电站可建设在山上、湖里及沙漠戈壁里，光伏组件因其良好的密封性、耐热性，对环境有良好的适应性，但作为光伏电站承上启下且最为重要的就地升压变压器，选型首先要符合当地气候条件，如新疆南部地区的变压器主要考虑散热、防尘，北疆还需考虑冬季加热及防雨水，沿海城市主要考虑防潮，所以选择一个适用于所在场站合适的光伏组件区升压变压器不仅能有利于开展组件区各类运维工作，更能避免一台变压器故障，影响整条汇集线发电的情况。

2.变压器冷却方式的选型

我公司光伏电站的项目位置均在和田地区，和田地区属典型的内陆干旱区，位于欧亚大陆腹地，属干旱荒漠性气候，四季分明，夏季炎热，冬季冷而不寒，春季多沙暴、浮尘天气，夏季炎热干燥。目前我公司光伏组件区投用的变压器有干式变压器和美式变压器两种，根据多年的的运行情况来看，干式变压器不适合在和田地区使用，一是防尘效果差，变压器内部积灰严重，清灰维护工作量大；二是夏季变压器温度较高，不仅电能装换效率降低，而且故障率高，运行至今因高温已烧毁两台干变变压器，造成不小的电量损失。

美式变压器因变压器绕组部分浸在油中，夏季油温最高时为60℃左右，且密封效果较好，能有效的抵抗风沙的侵袭，运行比较稳定，未发生过返厂维修类的故障，比较适合在和田地区使用。不过油变的缺点也是显而易见的，就是变压器有渗漏油的情况，我公司使用的美变渗油的情况一般有两种，一是高低压进、出线套管处螺栓因上时间运行松动漏油，此类情况需比较好解决，停运后紧固螺栓即可，但不能紧的太过，适可而止，避免瓷瓶碎裂损坏变压器；二是焊缝开裂，此类渗油解决起来复杂且繁琐，常使用油面胶进行修补，因修补过程中油会不断渗出，最好能在箱变密封的情况下放出一部分油，直至箱变内部产生负压，不渗油时进行修补。如果不具备放油条件，则可选用油面紧急修补剂，即可带油进行修补，效果较为理想。

3.箱式变压器的选型

箱式变压器（简称箱变）分为欧式箱变和美式箱变两种。欧式箱变，从结构上采用高、低压开关柜和变压器组成方式。美式箱变，在结构上将负荷开关、熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中，油箱及散热器暴露在空气中，体积上看，欧式箱变由于内部安装常规开关柜及变压器，产品体积较大，美式箱变由于采用一体化安装体积较小，价格上美式箱变更为便宜。

美式箱变与欧式箱变，在预算充足的条件下，本文推荐欧式箱变，原因有以下3点：

（1）美式箱变高压侧无法与集电线路形成明显的断开点，开展高压侧工作必须停运汇集线路，若某个箱变高压侧故障停运，会导致整条汇集线停运，电量损失较多。

（2）瓦斯继电器动作后无法跳开负荷开关，高压侧仅配备熔断器保护，存在保护死区，且保护灵敏不够，存在扩大事故的风险。

（3）欧式变压器不仅能解决上面两个问题，而且定制程度高，可做成干变，也可做成油变，油枕也可根据项目现场实际需求进行安装。

鉴于以上原因，光伏电站应选用欧式变压器，虽然体积较大，成本较高，但可在箱变高压侧安装高压断路器、负荷开关及接地刀闸等，可与集电线路形成明显的断开点，便于现场对变压器进行维护，同时可配置电量与非电量的保护，出现故障时可第一时间跳开高、低压侧断路器，从系统切除故障。

4.变压器绕组选型

光伏电站升压变压器分为双分裂变压器与双绕组变压器两种。三相双绕组双分裂变压器拥有高压、低压两个绕组，并把低压绕组分裂成两部分，在电气上互不相连，这两个分裂的低压绕组可以并联运行，也可单独运行，可实现分别接入两个光伏逆变器。双分裂变压器成本虽高，但双分裂变压器由于结构优势，实现了两台逆变器之间的电气隔离，减小了两支路间的电磁干扰及环流影响，逆变器的交流输出分别经变压器滤波，输出电流谐波小，提高了输出的电能质量。故本文推荐双分裂变压器。

5.元器件的安装布置

为能及时掌握变压器运行状态及保证变压器正常运行，变压器一般都配有瓦斯继电器、油位表、油温表、压力释放阀、放气阀、压力表、注油口、放油阀及取样阀，为方便后期运维，这些元器件不可随意安装。

（1）注油口、放油阀、放气阀及取样阀建议安装在箱体外侧，并加装保护罩。注油口与放油阀一般在对变压器油进行滤油时会用到，方便滤油机油管连接及控制油流速度。油样取样阀一般都设置在箱体外部，同时放气阀也应放在箱体外部。我公司光伏场站美变放气阀安装在高压室内，释放箱变内部压力时只有在汇集线路停运后，无触电危险的情况下才可操作。因和田地区昼夜温差比较大，夜间抽取油样时箱变内部为负压，打开油样取样阀后，因箱变内部为负压不出油，气体需通过取样阀进入箱变内部减少负压，直至压力平衡，负压较大时此过程一般要等待30分钟以上，压力平衡时油流速也比较慢，导致此项工作效率大幅下降，如果放气阀在箱体外侧，可手动调节箱变内部压力，迅速完成取油。

（2）瓦斯继电器、油位表、油温表及压力释放阀建议同样设置在箱体外部。当变压器内部发生故障时,油中产生气体或油气流动时,瓦斯继电器动作,发出信号或作用于变压器跳闸，此时运维人员需通过瓦斯继电器内部气体颜色判断变压器故障，若瓦斯继电器安装在外侧，故障时将更安全、更容易辨别气体颜色，日常巡视过程中也更容易发现瓦斯继电器内部有无气体，并及时进行排气或维护。油位表及油温表放置在外侧也是便于方便巡视检查，油温表建议设置机械油温表及电子油温表各一块，因电子油温表故障率较高，故障后或显示异常时，可观察机械油温表，机械油温表不仅运行稳定，而且机械油温表可设置油温高的报警及跳闸机械节点。

十、结语

综上所述，光伏电站就地升压变压器应按下列原则选择：

（1）应优先欧式变压器，从结构上采用高、低压开关柜，变压器组成方式，防护等级应达到IP54。

（2）优先选用油浸自冷式、低损耗电力变压器。

（3）绕组选用双分裂变压器，联结组别选用Dyn11，材质选全铜。

（4）变压器的注油口、放油阀、取样阀、瓦斯继电器、放气阀、油位计、油温表及压力释放阀应安装在箱体外部且设有防护罩。