第3章_電氣系統(tǒng)3

1、風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)風電場主要一次設備風電場主要一次設備1 1朱永強朱永強風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備第第3 3章章 風電場主要一次設備風電場主要一次設備1關注的問題關注的問題發(fā)電機的結構和工作原理是什么？發(fā)電機的結構和工作原理是什么？大型發(fā)電機的種類有哪些？各自有什么特點？大型發(fā)電機的種類有哪些？各自有什么特點？變壓器的工作原理是什么？其實際結構式怎樣的？變壓器的工作原理是什么？其實際結構式怎樣的？變壓器的型號和參數(shù)有哪些？變壓器的型號和參數(shù)有哪些？教學目標教學目標基本掌握發(fā)電機和變壓器的結構和工作原理基本掌握發(fā)電機和變壓器的結構和工作原理識記變

2、壓器的型式、參數(shù)識記變壓器的型式、參數(shù)對風電場的發(fā)電機和變壓器有具體認知對風電場的發(fā)電機和變壓器有具體認知風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1 風力發(fā)電機風力發(fā)電機 3.1.1發(fā)電機的結構發(fā)電機的結構 目前風電場中應用的風力發(fā)電機，大都是目前風電場中應用的風力發(fā)電機，大都是三相交流發(fā)電機三相交流發(fā)電機 各類發(fā)電機的主體部分都由各類發(fā)電機的主體部分都由靜止的定子靜止的定子和和可以旋轉的轉子可以旋轉的轉子兩兩大部分構成大部分構成 原動機（例如風力發(fā)電中用的風原動機（例如風力發(fā)電中用的風力機）帶動轉子繞軸旋轉，在力機）帶動轉子繞軸旋轉，在定定子繞組中感應出電勢子繞

3、組中感應出電勢，在閉合的，在閉合的外電路中形成電流從定子繞組出外電路中形成電流從定子繞組出線端（如圖中的線端（如圖中的A A、B B、C C所示）所示）送出。送出。定子就像一個空心的圓筒，定子就像一個空心的圓筒，轉子像一個實心的滾軸轉子像一個實心的滾軸風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.1發(fā)電機的結構發(fā)電機的結構 定子和轉子一般都由定子和轉子一般都由鐵心和繞組鐵心和繞組構成。構成。 繞組多是用繞組多是用銅線纏繞的金屬線圈銅線纏繞的金屬線圈，當然銅線外面要包裹絕緣，當然銅線外面要包裹絕緣物質。鐵心的功能是物質。鐵心的功能是靠鐵磁材料提供磁的通路靠鐵磁材料提

4、供磁的通路，以，以約束磁場約束磁場的分布的分布。 各種發(fā)電機的定子的基本結構是類似的各種發(fā)電機的定子的基本結構是類似的定子鐵心由定子鐵心由很薄的圓環(huán)狀硅鋼片疊制而成很薄的圓環(huán)狀硅鋼片疊制而成，內，內表面開了表面開了若干軸向溝槽若干軸向溝槽，用于嵌放定子繞組。，用于嵌放定子繞組。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1.1發(fā)電機的結構發(fā)電機的結構電機結構的差別電機結構的差別可能主要體現(xiàn)在可能主要體現(xiàn)在轉子的形狀或轉子繞組的形狀轉子的形狀或轉子繞組的形狀同步機的轉子有同步機的轉子有凸極式和隱極式凸極式和隱極式等類別等類別凸極式轉子鐵心，凸極式轉子鐵心，有有明顯的磁極

5、凸出明顯的磁極凸出隱極式轉子鐵心的截面為圓形。隱極式轉子鐵心的截面為圓形。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1.1發(fā)電機的結構發(fā)電機的結構 異步機異步機的轉子繞組有的轉子繞組有鼠籠式和繞線式鼠籠式和繞線式等等繞線式繞線式轉子的繞組連接到轉子的繞組連接到三三個固定在轉軸上的銅環(huán)個固定在轉軸上的銅環(huán)，通，通過過電刷電刷引出?？梢栽谵D子繞引出。可以在轉子繞組傳入阻抗，以改善電機的組傳入阻抗，以改善電機的啟動性能或者調節(jié)轉速啟動性能或者調節(jié)轉速鼠籠式鼠籠式轉子的繞組由轉子的繞組由嵌放在嵌放在轉子鐵心槽內的金屬導條轉子鐵心槽內的金屬導條和和兩端的短路環(huán)兩端的短路環(huán)組成

6、組成風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2發(fā)電機的工作原理發(fā)電機的工作原理 發(fā)電機的工作原理主要是基于發(fā)電機的工作原理主要是基于電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象。 電電 磁磁 當導體中通入電流時，在帶電導體的周圍會產生磁場。當導體中通入電流時，在帶電導體的周圍會產生磁場。 如果導體中流過的電流是如果導體中流過的電流是直流電直流電，則產生，則產生恒定的磁場恒定的磁場。如果。如果導體中流過的電流是導體中流過的電流是交流電交流電，則產生，則產生交變的磁場交變的磁場。 磁磁 電電 當處于磁場中的導體做不平行于磁場方向的運動時，導體當處于磁場中的導體做不平行于磁場方向的運

7、動時，導體切切割磁力線割磁力線，就會在該導體中，就會在該導體中感應出電勢感應出電勢 如果該導體與外電路構成了閉合回路，則還會在感應電勢的如果該導體與外電路構成了閉合回路，則還會在感應電勢的作用下形成作用下形成感應電流感應電流。eblv風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1.2.1轉子繞組通入直流勵磁電流同步發(fā)電機轉子繞組通入直流勵磁電流同步發(fā)電機轉子繞組中的轉子繞組中的直流勵磁電流直流勵磁電流，形，形成相對于成相對于轉子靜止的恒定磁場轉子靜止的恒定磁場。當轉子在原動機（例如風力機）當轉子在原動機（例如風力機）的驅動下以的驅動下以轉速轉速n旋轉旋轉時，那么時，那

8、么定子繞組與轉子磁場之間便有了定子繞組與轉子磁場之間便有了轉速為轉速為n的相對運動的相對運動，從而在定，從而在定子繞組中產生子繞組中產生感應電勢感應電勢。磁場強度最大的位置在定子內表面圓周上出現(xiàn)的位置是隨著時間磁場強度最大的位置在定子內表面圓周上出現(xiàn)的位置是隨著時間變化的，變化的，可以形象的理解為，磁場強度最大值出現(xiàn)的位置是在定可以形象的理解為，磁場強度最大值出現(xiàn)的位置是在定子內表面圓周上旋轉的，因此常常將三相對稱電流在定子中產生子內表面圓周上旋轉的，因此常常將三相對稱電流在定子中產生的這種磁場稱為的這種磁場稱為旋轉磁場旋轉磁場。在同步發(fā)電機中，定子繞組中的電流是主要感應出來的，事實在同步發(fā)電

9、機中，定子繞組中的電流是主要感應出來的，事實上，上，定子電流的頻率是由轉子的轉速定子電流的頻率是由轉子的轉速（在同步機中，轉子轉速（在同步機中，轉子轉速n等于同步速等于同步速n1）決定的決定的，即：，即：1160pnf 風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1.2.2轉子繞組無勵磁電流異步發(fā)電機轉子繞組無勵磁電流異步發(fā)電機NS1nNS1nNS1n1nn假設假設定子旋轉磁場的轉速為定子旋轉磁場的轉速為n1，當異步機的，當異步機的轉子在原動機（例如風力機）的驅動下，以轉子在原動機（例如風力機）的驅動下，以轉速轉速n旋轉時，轉子繞組的導體與定子旋轉旋轉時，轉子繞組的導

10、體與定子旋轉磁場之間有磁場之間有n-n1的轉速差的轉速差在轉子繞組中感應出的電壓和電流的頻率也都在轉子繞組中感應出的電壓和電流的頻率也都由該轉速差決定。由該轉速差決定。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1.2.2轉子繞組無勵磁電流異步發(fā)電機轉子繞組無勵磁電流異步發(fā)電機異步電機異步電機轉子中感應電流的頻率轉子中感應電流的頻率應為：應為：轉子磁場的旋轉速度轉子磁場的旋轉速度（指的是轉子磁場相對于轉子本身的轉（指的是轉子磁場相對于轉子本身的轉速）為：速）為：定子繞組中電流的頻率定子繞組中電流的頻率f1f1由感應出該電流的定子繞組與轉子由感應出該電流的定子繞組與轉子

11、磁場的相對轉速磁場的相對轉速n1n1決定，即：決定，即：轉差率轉差率的定義如下：同步速的定義如下：同步速n1n1和電機轉子轉速和電機轉子轉速n n之差與同步速之差與同步速n1n1的比值，用的比值，用s s表示：表示：12()60p nnf22160()fnnnp1160pnf 11nnsn風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2.3轉子繞組通入交流勵磁電流交流勵磁式發(fā)電機轉子繞組通入交流勵磁電流交流勵磁式發(fā)電機 交流勵磁式發(fā)電機和異步發(fā)電機有些類似，差別在于它交流勵磁式發(fā)電機和異步發(fā)電機有些類似，差別在于它主動主動給轉子繞組提供產生轉子磁場所需的交流勵磁電

12、流給轉子繞組提供產生轉子磁場所需的交流勵磁電流。 當轉子以轉速當轉子以轉速n n旋轉時，如果能夠控制轉子繞組勵磁電流的頻旋轉時，如果能夠控制轉子繞組勵磁電流的頻率率f2f2，使得轉子磁場相對于轉子本身的轉速，使得轉子磁場相對于轉子本身的轉速n2n2（根據需要，（根據需要，可以與轉子旋轉方向相同或相反）始終滿足可以與轉子旋轉方向相同或相反）始終滿足 則可以在發(fā)電機轉子轉速則可以在發(fā)電機轉子轉速n n發(fā)生變化的情況下，仍能保持發(fā)電發(fā)生變化的情況下，仍能保持發(fā)電機定子輸出電壓頻率恒定。機定子輸出電壓頻率恒定。21nnn風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2 大

13、型風力發(fā)電機的主流機型大型風力發(fā)電機的主流機型 未來并網風力發(fā)電的主流機型都是通過未來并網風力發(fā)電的主流機型都是通過電力電子換流器電力電子換流器實現(xiàn)實現(xiàn)風力發(fā)電機組的變速恒頻控制風力發(fā)電機組的變速恒頻控制。 變速恒頻變速恒頻，即風力機和發(fā)電機轉子的轉速是可變的，而發(fā)電，即風力機和發(fā)電機轉子的轉速是可變的，而發(fā)電機輸出電壓的頻率是恒定的。機輸出電壓的頻率是恒定的。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2.1 鼠籠型異步風力發(fā)電機鼠籠型異步風力發(fā)電機 由于風速的不斷變化，導致風力機以及發(fā)電機的轉速也隨之由于風速的不斷變化，導致風力機以及發(fā)電機的轉速也隨之變化，

14、所以實際上變化，所以實際上鼠籠型風力發(fā)電機發(fā)出的電壓頻率是變化鼠籠型風力發(fā)電機發(fā)出的電壓頻率是變化的的 基于基于電力電子技術的換流器電力電子技術的換流器，先將風力發(fā)電機輸出的交流電，先將風力發(fā)電機輸出的交流電壓壓整流整流，得到直流電壓，再將該直流電壓，得到直流電壓，再將該直流電壓逆變逆變?yōu)轭l率、幅值、為頻率、幅值、相位都滿足要求的交流電，送入電網。相位都滿足要求的交流電，送入電網。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2.2 永磁同步直驅式風力發(fā)電機永磁同步直驅式風力發(fā)電機 所謂所謂“直驅式直驅式”是指，風力機與發(fā)電機之間沒有變速機構是指，風力機與發(fā)電機之

15、間沒有變速機構（即齒輪箱），而是由風力機直接驅動發(fā)電機的轉子旋轉。（即齒輪箱），而是由風力機直接驅動發(fā)電機的轉子旋轉。 轉子的轉速就由風力機的轉速決定。當風速發(fā)生變化時，風轉子的轉速就由風力機的轉速決定。當風速發(fā)生變化時，風力機的轉速也會發(fā)生變化，因而轉子的旋轉速度是時刻變化力機的轉速也會發(fā)生變化，因而轉子的旋轉速度是時刻變化的。的。 為了解決風速變化帶來的為了解決風速變化帶來的輸出電壓頻率變動的問題輸出電壓頻率變動的問題，需要在，需要在發(fā)電機定子繞組與電網之間配置發(fā)電機定子繞組與電網之間配置換流器換流器風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2.3 交流勵

16、磁雙饋式感應風力發(fā)電機組交流勵磁雙饋式感應風力發(fā)電機組 所謂所謂“雙饋式雙饋式”是指，發(fā)電機的是指，發(fā)電機的定子繞組和轉子繞組與電網定子繞組和轉子繞組與電網都有電氣連接都有電氣連接，都可以與電網之間交換功率。，都可以與電網之間交換功率。 雙饋式風電機組的定子繞組與電網直接連接，雙饋式風電機組的定子繞組與電網直接連接，輸出電壓的頻輸出電壓的頻率可以通過轉子繞組中的交流勵磁電流的頻率調節(jié)得以控制率可以通過轉子繞組中的交流勵磁電流的頻率調節(jié)得以控制。 換流器先將電網換流器先將電網50Hz的交流電的交流電整流整流，得到直流電，再將該直，得到直流電，再將該直流電流電逆變逆變?yōu)轭l率滿足要求的交流電，用于轉

17、子繞組的勵磁。為頻率滿足要求的交流電，用于轉子繞組的勵磁。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.1.2.4 無刷雙饋式風力發(fā)電機組無刷雙饋式風力發(fā)電機組 無刷雙饋式風力發(fā)電機組，其無刷雙饋式風力發(fā)電機組，其定子有兩套極數(shù)不同的繞組定子有兩套極數(shù)不同的繞組，一個稱為一個稱為功率繞組功率繞組，直接接電網；另一個稱為，直接接電網；另一個稱為控制繞組控制繞組，通，通過雙向換流器接電網。過雙向換流器接電網。 轉子為轉子為籠型或磁阻式籠型或磁阻式結構，無需電刷和滑環(huán)，結構，無需電刷和滑環(huán)，轉子的極對數(shù)轉子的極對數(shù)應為定子兩個繞組極對數(shù)之和應為定子兩個繞組極對數(shù)之和。 這種

18、無刷雙饋發(fā)電機定子的功率繞組和控制繞組的作用分別這種無刷雙饋發(fā)電機定子的功率繞組和控制繞組的作用分別相當于交流勵磁雙饋發(fā)電機的定子繞組和轉子繞組相當于交流勵磁雙饋發(fā)電機的定子繞組和轉子繞組風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.1.2.4 無刷雙饋式風力發(fā)電機組無刷雙饋式風力發(fā)電機組對于無刷雙饋發(fā)電機，有對于無刷雙饋發(fā)電機，有： fp定子功率繞組電流頻率定子功率繞組電流頻率，與電網頻率相同；，與電網頻率相同； fc定子控制繞組電流頻率定子控制繞組電流頻率； fm轉子轉速對應的頻率轉子轉速對應的頻率； pp定子功率繞組的極對數(shù)定子功率繞組的極對數(shù)； pc定子控制繞組

19、的極對數(shù)定子控制繞組的極對數(shù)。超同步時，式中取超同步時，式中取“+”；亞同步時，??；亞同步時，取“”pcpcm()ffppf風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.2 變壓器變壓器 3.2.1 變壓器工作原理變壓器工作原理 3.2.1.1 變壓器的電壓變換變壓器的電壓變換 變壓器的基本原理變壓器的基本原理是利用電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)一個電壓等級的交是利用電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)一個電壓等級的交流電能到另一電壓等級交流電能的變換流電能到另一電壓等級交流電能的變換 變壓器的核心部件是變壓器的核心部件是鐵心和繞組鐵心和繞組，鐵心用于提供磁路，纏繞于，鐵心用于提供磁路，纏繞于鐵心上的繞

20、組構成電路鐵心上的繞組構成電路 與電源相連的一側為與電源相連的一側為一次繞組一次繞組，與負荷相連的一側為，與負荷相連的一側為二次繞組二次繞組風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.1.1 變壓器的電壓變換變壓器的電壓變換 一次繞組和二次繞組一般一次繞組和二次繞組一般沒有電氣上的連接沒有電氣上的連接，而是，而是通過鐵心通過鐵心中的磁場建立聯(lián)系中的磁場建立聯(lián)系。 對于理想變壓器，感應電對于理想變壓器，感應電 壓、電流和繞組匝數(shù)之間壓、電流和繞組匝數(shù)之間 有如下關系：有如下關系：1122ENEN1122I NI N每臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的每

21、臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的額定容量額定容量，以，以kVA來標定。來標定。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.1.2 變壓器的等效電路變壓器的等效電路 在電力系統(tǒng)的分析中，往往構建變壓器的等值電路模型，主在電力系統(tǒng)的分析中，往往構建變壓器的等值電路模型，主要包括三個部分：要包括三個部分：一次繞組的電路一次繞組的電路、由磁路等值為電路的勵、由磁路等值為電路的勵磁電路及二次繞組的電路磁電路及二次繞組的電路風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.1.2 變壓器的等效電路變壓器的等效電路 工程中可以采用工程中

22、可以采用空載試驗空載試驗來測定來測定勵磁阻抗勵磁阻抗 變壓器繞組的變壓器繞組的漏阻抗漏阻抗可以通過可以通過短路試驗短路試驗測得。測得。 在電氣設計的工程實際中，為了簡化計算，往往忽略掉勵磁在電氣設計的工程實際中，為了簡化計算，往往忽略掉勵磁阻抗的影響，采用如下圖所示的簡化等效電路。阻抗的影響，采用如下圖所示的簡化等效電路。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2 變壓器的結構變壓器的結構 大多數(shù)電力變壓器均為大多數(shù)電力變壓器均為油浸式變壓器油浸式變壓器，即以油作為絕緣和冷，即以油作為絕緣和冷卻介質，所用的油一般為卻介質，所用的油一般為礦物油礦物油。 圖3-

23、7 變壓器工作原理示意圖1234567891011121314151、鐵芯2、繞組3、調壓分接頭4、調壓機構箱5、高壓側套管6、低壓側套管7、高壓側中性點8、壓力釋放閥門9、瓦斯繼電器10、11、吸濕器12、主變端子箱13、散熱風扇14、油箱15、儲油柜油浸式變壓器由油浸式變壓器由其核心部件（即其核心部件（即實現(xiàn)電磁轉換的實現(xiàn)電磁轉換的鐵心和繞組鐵心和繞組）、）、用于調整電壓變用于調整電壓變比的比的分接頭分接頭和分和分接開關以及接開關以及油箱油箱和輔助設備和輔助設備構成。構成。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.1 鐵心鐵心 變壓器鐵心的作用變壓器鐵

24、心的作用是為經過一次繞組和二次繞組的磁通提供是為經過一次繞組和二次繞組的磁通提供低磁阻的磁路低磁阻的磁路 當磁通的大小和方向發(fā)生變化時，鐵心材料的分子重新排布當磁通的大小和方向發(fā)生變化時，鐵心材料的分子重新排布需要消耗一定的能量，這部分損耗與鐵心的磁滯現(xiàn)象有關，需要消耗一定的能量，這部分損耗與鐵心的磁滯現(xiàn)象有關，稱為稱為磁滯損耗磁滯損耗 磁通變化時，鐵心自身也像繞組一樣，會感應出一定的電壓磁通變化時，鐵心自身也像繞組一樣，會感應出一定的電壓和電流，由于這種電流只在鐵心的各個小局部循環(huán)，因此被和電流，由于這種電流只在鐵心的各個小局部循環(huán)，因此被稱為稱為渦流渦流。渦流會在鐵心材料（具有電阻）上形成

25、有功損耗，。渦流會在鐵心材料（具有電阻）上形成有功損耗，稱為稱為渦流損耗渦流損耗 鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為鐵心損耗鐵心損耗，簡稱，簡稱鐵損鐵損風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.1 鐵心鐵心 為了降低損耗和噪聲，目前為了降低損耗和噪聲，目前常用的鐵心材料常用的鐵心材料為晶粒取向電工為晶粒取向電工鋼片、高導磁電工鋼片、磁疇細化的電工鋼片、非晶合金、鋼片、高導磁電工鋼片、磁疇細化的電工鋼片、非晶合金、微晶鋼片等高導磁低損耗材料。微晶鋼片等高導磁低損耗材料。 為了為了防止鐵心內的渦流循環(huán)防止鐵心內的渦流循環(huán)，鐵心疊片

26、上一般帶有高質量的，鐵心疊片上一般帶有高質量的絕緣涂層絕緣涂層，也可采用附加絕緣層。，也可采用附加絕緣層。 為了充分利用圓形繞組的內部空間結構，常將為了充分利用圓形繞組的內部空間結構，常將電工鋼帶疊積電工鋼帶疊積成盡可能接近圓形截面的鐵心柱成盡可能接近圓形截面的鐵心柱電工鋼片堆電工鋼片堆疊為鐵心柱疊為鐵心柱的實物圖的實物圖風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.1 鐵心鐵心 圓柱形鐵心柱是所有變壓器鐵心的共同結構特點，但根據圓柱形鐵心柱是所有變壓器鐵心的共同結構特點，但根據變壓器形狀的不同，其整體鐵心結構有很大區(qū)別。變壓器形狀的不同，其整體鐵心結構有很大

27、區(qū)別。 單相變壓器單相變壓器 單相變壓器的鐵心形狀單相變壓器的鐵心形狀 對單相變壓器而言，對單相變壓器而言， 其鐵心其鐵心必須包括供磁通返回的心柱必須包括供磁通返回的心柱。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.1 鐵心鐵心 三相變壓器對于三相電力變壓器而言，目前最常用的是三相變壓器對于三相電力變壓器而言，目前最常用的是三相三相三柱式鐵心三柱式鐵心，有時稱為，有時稱為三相芯式鐵心三相芯式鐵心 因為在任何時候，由平衡三相電壓系統(tǒng)所產生的因為在任何時候，由平衡三相電壓系統(tǒng)所產生的三相磁通的三相磁通的相量之和都等于零相量之和都等于零，所以在三相鐵心中不需要供磁

28、通返回的，所以在三相鐵心中不需要供磁通返回的旁柱，而且鐵心柱和鐵軛的截面可以相等。旁柱，而且鐵心柱和鐵軛的截面可以相等。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備3.2.2.1 鐵心鐵心圖為圖為三相五柱式鐵心結構三相五柱式鐵心結構，這是，這是降低大型變壓器（例如大型聯(lián)絡降低大型變壓器（例如大型聯(lián)絡變壓器）或自耦變壓器變壓器）或自耦變壓器運輸高度運輸高度的另一種鐵心結構形式。的另一種鐵心結構形式。通過在套裝繞組的心柱外面通過在套裝繞組的心柱外面增加用于構成磁通回路的旁柱增加用于構成磁通回路的旁柱的方法，五柱鐵心結構降低了鐵軛高度。的方法，五柱鐵心結構降低了鐵軛高度。另一種

29、使用三相五柱式鐵心結構的可能情況是另一種使用三相五柱式鐵心結構的可能情況是要求變壓器要求變壓器的零相序阻抗值與正相序阻抗值相當?shù)牧阆嘈蜃杩怪蹬c正相序阻抗值相當。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.2 繞組繞組 變壓器繞組絕大多數(shù)用變壓器繞組絕大多數(shù)用銅銅制成，也有部分采用制成，也有部分采用鋁鋁作為導體材料。作為導體材料。 對于所有對于所有容量大于幾千伏安容量大于幾千伏安的變壓器，其繞組導線截面都為的變壓器，其繞組導線截面都為矩矩形形。 在繞組每匝導線內部的在繞組每匝導線內部的單股導線之間必須相互絕緣單股導線之間必須相互絕緣，每匝導線，每匝導線也要也要

30、與鄰近的線匝絕緣與鄰近的線匝絕緣。這種絕緣就是在導線上沿螺旋方向連。這種絕緣就是在導線上沿螺旋方向連續(xù)包扎的絕緣紙帶，并且至少要包兩層絕緣紙，以便外面一層續(xù)包扎的絕緣紙帶，并且至少要包兩層絕緣紙，以便外面一層絕緣紙能夠覆蓋里面一層絕緣紙的接縫間隙。絕緣紙能夠覆蓋里面一層絕緣紙的接縫間隙。其扁平截面的銅導體按照多股方其扁平截面的銅導體按照多股方式組成了單相繞組，銅導體被紙式組成了單相繞組，銅導體被紙絕緣材料螺旋狀纏繞，以保證繞絕緣材料螺旋狀纏繞，以保證繞組間絕緣。組間絕緣。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.2 繞組繞組 常用的三相心式鐵心的變壓器，其

31、常用的三相心式鐵心的變壓器，其高低壓繞組同心纏繞于鐵高低壓繞組同心纏繞于鐵心柱上心柱上高壓繞組低壓繞組鐵心考慮到和鐵心的絕考慮到和鐵心的絕緣，以及分接繞組一緣，以及分接繞組一般都接于高般都接于高壓壓繞組，繞組，一般將低壓繞組靠近一般將低壓繞組靠近鐵心布置鐵心布置風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.2 繞組繞組 低壓繞組低壓繞組通常都繞制通常都繞制在由絕緣材料（合成在由絕緣材料（合成樹脂粘結紙板）制成樹脂粘結紙板）制成的硬紙筒上的硬紙筒上 高壓繞組高壓繞組的導線截面的導線截面積比低壓繞組的導線積比低壓繞組的導線截面積要小得多，但截面積要小得多，但高壓繞

32、組的匝數(shù)卻可高壓繞組的匝數(shù)卻可能是低壓繞組匝數(shù)的能是低壓繞組匝數(shù)的很多倍。高壓繞組一很多倍。高壓繞組一般繞制成般繞制成餅式結構餅式結構風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.3調壓方式與分接開關調壓方式與分接開關 很多變壓器在運行時，可以實現(xiàn)對變比的調整，也即對電壓很多變壓器在運行時，可以實現(xiàn)對變比的調整，也即對電壓的調整。的調整。調壓的方式調壓的方式有有無勵磁調壓和有載調壓無勵磁調壓和有載調壓 無激磁調壓無激磁調壓需要在變壓器停電以后，通過螺栓來實現(xiàn)繞組連需要在變壓器停電以后，通過螺栓來實現(xiàn)繞組連接位置的變換。接位置的變換。 有載調壓方式有載調壓方式則

33、可以在變壓器帶電運行時通過有載分接開關則可以在變壓器帶電運行時通過有載分接開關實現(xiàn)對電壓的調整。實現(xiàn)對電壓的調整。 大部分電力變壓器大部分電力變壓器將分接線段設置在高壓繞組上：將分接線段設置在高壓繞組上： 因為因為(1)設置分接線段的目的是為了補償外施電壓的變化，對設置分接線段的目的是為了補償外施電壓的變化，對于除發(fā)電機變壓器以外的大多數(shù)電力變壓器而言，其外施電于除發(fā)電機變壓器以外的大多數(shù)電力變壓器而言，其外施電壓都是加在高壓繞組上的。壓都是加在高壓繞組上的。(2)由于高壓繞組內流過的電流較由于高壓繞組內流過的電流較小，因而需要的分接線尺寸也較小，相應分接開關本身通過小，因而需要的分接線尺寸也

34、較小，相應分接開關本身通過的電流也小。的電流也小。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.3調壓方式與分接開關調壓方式與分接開關 調壓的實現(xiàn)，依賴于調壓的實現(xiàn)，依賴于繞組匝數(shù)的變化繞組匝數(shù)的變化，也就是，也就是利用分接繞組利用分接繞組來調整原邊和副變的匝數(shù)比來調整原邊和副變的匝數(shù)比。 正正/反調壓結構中高壓分接繞組反調壓結構中高壓分接繞組的連接如下：的連接如下： 首先按負極性方式將分接首先按負極性方式將分接線匝接入繞組中線匝接入繞組中,隨著分接隨著分接位置的上升，分接線匝不位置的上升，分接線匝不斷地從繞組中切除繞后將斷地從繞組中切除繞后將分接線匝按正極性

35、方式接分接線匝按正極性方式接入繞組入繞組采用這種調壓結構可以減采用這種調壓結構可以減少分接繞組的實際尺寸，少分接繞組的實際尺寸，但結構較復雜，成本較高。但結構較復雜，成本較高。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.3調壓方式與分接開關調壓方式與分接開關 在有載調壓中，分接位置的變化，需要依靠在有載調壓中，分接位置的變化，需要依靠分接開關分接開關來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。要求在分接變換過程中，不切斷負荷電流；繞組的任何部位要求在分接變換過程中，不切斷負荷電流；繞組的任何部位都不出現(xiàn)短路現(xiàn)象都不出現(xiàn)短路現(xiàn)象左圖采用切換開關的左圖采用切換開關的電抗式有載調壓分接電抗式

36、有載調壓分接開關開關，具有兩個獨立的選擇開關和切換開，具有兩個獨立的選擇開關和切換開關，兩個開關機械連鎖，關，兩個開關機械連鎖，可以順序操作可以順序操作當分接位置由當分接位置由1到到2變換時，首先打開變換時，首先打開切換開關切換開關2，將選擇，將選擇開關開關2的分接頭從的分接頭從11切換到切換到10，再閉合，再閉合切換開關。切換開關。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.4變壓器油變壓器油 油浸式變壓器的變壓器油主要用于油浸式變壓器的變壓器油主要用于散熱和充當絕緣介質散熱和充當絕緣介質。 變壓器的有效冷卻很重要。變壓器的有效冷卻很重要。對大多數(shù)變壓器來

37、說，礦物油是對大多數(shù)變壓器來說，礦物油是吸收鐵心、繞組熱量，并將其熱量傳遞給自冷或風冷外表面吸收鐵心、繞組熱量，并將其熱量傳遞給自冷或風冷外表面的最有效介質，有時要借助強迫油循環(huán)方式。的最有效介質，有時要借助強迫油循環(huán)方式。 在大多數(shù)電氣設備中，有在大多數(shù)電氣設備中，有大量不同部件處于不同電位之下大量不同部件處于不同電位之下，因此需要將它們相互絕緣。變壓器常常要在因此需要將它們相互絕緣。變壓器常常要在高于額定電壓下高于額定電壓下短時間運行短時間運行或者或者耐受操作沖擊和雷電沖擊的瞬變過電壓耐受操作沖擊和雷電沖擊的瞬變過電壓。 變壓器油必須具備以下特性以滿足要求：變壓器油必須具備以下特性以滿足要

38、求： 低粘度低粘度 低傾點（油的傾點是油能夠流動的最低溫度）低傾點（油的傾點是油能夠流動的最低溫度） 高閃點高閃點 優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，很高的電氣強度優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，很高的電氣強度風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.5油箱、儲油柜與附屬設備油箱、儲油柜與附屬設備 變壓器油箱變壓器油箱作為鐵心、繞組和介質液體的容器作為鐵心、繞組和介質液體的容器 油箱絕大部分采用油箱絕大部分采用鋼板制造鋼板制造，其，其頂蓋可以拆除頂蓋可以拆除，箱蓋通常用，箱蓋通常用箱沿固定，箱沿固定，箱蓋通常與水平面有箱蓋通常與水平面有1的斜度的斜度，以防箱蓋外表，以防箱蓋外表面積聚雨

39、水。面積聚雨水。 油箱上必須設置油箱上必須設置用于注油或放油的閥用于注油或放油的閥，在需要時還要增設油，在需要時還要增設油樣閥。在油箱上還要設計適量的可拆卸的小蓋板樣閥。在油箱上還要設計適量的可拆卸的小蓋板 變壓器油箱必須設有變壓器油箱必須設有一個一個或多個安全裝置或多個安全裝置，以便釋，以便釋放突然升高的內部壓力放突然升高的內部壓力壓 力 釋 放閥風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.5油箱、儲油柜與附屬設備油箱、儲油柜與附屬設備 變壓器油箱上通常還要設置變壓器油箱上通常還要設置其它一些附件其它一些附件： 在箱蓋上設置在箱蓋上設置一個（或幾個）溫度計

40、一個（或幾個）溫度計座用于測量變壓器座用于測量變壓器頂部油溫度；頂部油溫度； 一塊接線牌或銘牌一塊接線牌或銘牌用于詳細標示變壓器基本參數(shù)；用于詳細標示變壓器基本參數(shù)； 一個接地端子一個接地端子用于變壓器主油箱接地。用于變壓器主油箱接地。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.5油箱、儲油柜與附屬設備油箱、儲油柜與附屬設備 在使用在使用儲油柜儲油柜的結構中，可以將變壓器主油箱的的結構中，可以將變壓器主油箱的油注到頂蓋油注到頂蓋位置位置，從而在需要時可以在頂蓋上安裝套管。但使用儲油柜，從而在需要時可以在頂蓋上安裝套管。但使用儲油柜的最重要的特點在于，它可以的

41、最重要的特點在于，它可以減小變壓器油與大氣的接觸面減小變壓器油與大氣的接觸面積積，從而減小油的氧化速度和氧氣在油中的溶解程度，而溶，從而減小油的氧化速度和氧氣在油中的溶解程度，而溶解在油中的氧氣能縮短油的絕緣壽命。解在油中的氧氣能縮短油的絕緣壽命。 帶儲油柜的變壓器還可以使用帶儲油柜的變壓器還可以使用氣體繼電器氣體繼電器。氣體繼電器通常。氣體繼電器通常安裝在安裝在儲油柜通向油箱的連管上儲油柜通向油箱的連管上。 套管套管是是將油箱內部的電氣連接引出將油箱內部的電氣連接引出的部件。的部件。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備油位計氣體繼電器低壓側套管壓力釋放閥溫度計（

42、油）溫 度 計（繞組）風扇高壓側套管套管CT放油閥門吸濕器風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.2.6變壓器的散熱變壓器的散熱 當變壓器繞組中產生當變壓器繞組中產生電阻損耗和其它損耗電阻損耗和其它損耗時，就要時，就要產生熱量產生熱量。必須要將這些熱量傳遞到變壓器油中，并必須要將這些熱量傳遞到變壓器油中，并由變壓器油帶走由變壓器油帶走。 油循環(huán)方式油循環(huán)方式主要包括：主要包括： （1）自然油循環(huán)，自然油循環(huán)，利用油被加熱后所產生的利用油被加熱后所產生的溫差壓力溫差壓力。油在油在繞組內部被加熱而上升，散熱器中受到冷卻而下降。繞組內部被加熱而上升，散熱器中受到冷

43、卻而下降。 （2）強迫（不導向）油循環(huán)，強迫（不導向）油循環(huán)，使用油泵將冷卻油從散熱器中使用油泵將冷卻油從散熱器中抽出并輸送到繞組底部，然后再通過繞組導線抽出并輸送到繞組底部，然后再通過繞組導線“上部上部”和和“下部下部”撐條所形成的垂直軸向油道循環(huán)。撐條所形成的垂直軸向油道循環(huán)。 （3）強迫導向油循環(huán)強迫導向油循環(huán)，油的冷卻借助一些外部設備來實現(xiàn)，油的冷卻借助一些外部設備來實現(xiàn)風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng) 風電場主要一次設備風電場主要一次設備 3.2.3 變壓器型號表征變壓器型號表征 變壓器型式多樣。在設計和生產中往往需要使用型號來表示變壓器型式多樣。在設計和生產中往往需要使用型號來表示變壓器的特征。變壓器的特征。 變壓器型號的表