大容量风电机组用66 kV干式绝缘升压变压器设计.pdf

2022年第67卷第30期:3603~3612

论文

大容量风电机组用66kV干式绝缘升压变压器设计

1*11123

张升,刘远,贺之渊,庞辉,樊亚东,雷清泉

1.先进输电技术国家重点实验室(国网智能电网研究院有限公司),北京102209;

2.武汉大学电气与自动化学院,武汉430072;

3.青岛科技大学先进电工材料研究院,青岛266042

*联系人,E-mail:zhangsheng@

2022-03-03收稿,2022-06-16修回,2022-06-17接受,2022-06-20网络版发表

国家电网公司科技项目(5500-202058321A-0-0-00)资助

摘要大规模海上风电开发成为当前可再生能源发展的必然趋势,海上风电已从近海走向远海,风电机组(简称风

机)容量达8MW以上.升压变压器将风机出口电压由0.69~1.4kV升至35kV及以上,是风电系统的核心装备.远海

风电离岸距离50km,升压变压器的电压需提升至66kV及以上,因66kV干式绝缘升压变压器属产品空白,目前普

遍采用油浸式变压器.相比油浸式技术,干式绝缘变压器火灾风险低,防爆性能好,易于维护.但传统的环氧树脂浇

注干式绝缘变压器技术因存在界面缺陷难以调控而导致局部放电问题,难以应用于66kV升压变压器.本文提出了

一种66kV/10MVA干式绝缘升压变压器设计方法,通过对高压绕组绝缘机理的分析,提出了融合半导电屏蔽层和

导线绝缘层的高压绝缘屏蔽导线多层共挤设计方法,替代传统绕包电磁线的设计,可实现对导体界面缺陷的屏蔽,

以及导线绝缘与高压绕组主绝缘的充分相容,有效解决了绝缘界面缺陷抑制难题.设计了66kV/10MVA升压变压

器结构,高压绕组具有沿面伞裙结构,可实现紧凑空间的高爬电距离设计.通过对变压器的电场、磁场和热场等多

物理场仿真分析,获得了电场、磁场和热场分布特性,验证了变压器设计的合理性.研制了66kV原理样机,开展了

交流耐压和局部放电测试,局部放电量小于5pC,验证了设计方法的可行性.

关键词海上风电,升压变压器,绝缘结构,硅橡胶主绝缘,多物理场分析,样机研制

随着社会和经济的飞速发展,全球能源变革加速,开发政策的激励下,我国海上风电快速发展,截至2020

能源利用与开发正在从传统不可再生能源向绿色可再年末,海上风电并网装机容量达到约1000万kW[7,8].近

生能源进行过渡[1].风能作为一种可再生、储量大的清两年来,我国远海风电工程建设加速,千兆瓦级的远海

洁能源日益引起各国重视.与陆地风电相比,海上风电风电工程开始实施.

风能资源的能量效益比陆地风电场高20%~40%,具有随着海上风电开发的规模不断增大,海上风机的

风速高、沙尘少、运行稳定等优势[2~4],同时还能够减单机容量提升至10MW及以上.目前工程中使用的单

少机组的磨损,延长风机的使用寿命,非常适合大规模机容量最大的海上风机是MHIVestasV164,其容量为

开发.9.5MW,该机型已应用于爱尔兰海的工程项目.随着海

我国海岸线漫长,海上风能资源丰富,海深5~50m上风电场规模的不断扩大,各风机制造商都在参与大

区域可开发风能储量达500GW[5,6].随着海上风电技术型风机的研究.目前世界上最大的动力风机是Haliade-

的发展,风电建设成本也在快速下降,尤其在当前风电X风力涡轮机,额定功率为12MW[9~11].我国海上风电

引用格式:张升,刘远,贺之渊,等.大容量风电机组用66kV干式绝缘升压变压器设计.科学通报,2022,67:3603–3612

ZhangS,LiuY,HeZY,etal.Designof66kVdry-typestep