２０１７年９月下 电力讯息１１５ １．５ ＭＷ风力发电机组变流器的高原应用 殷彦翔，梅国刚（东方电气风电有限公司，四川德阳６１８０００） 【摘要】针对高原地区（海拔２０００ｍ以上）环境影响风力发电机组变流器稳定运行的问题。阐述了高原环境空气密度和气压对电气设备容量、 绝缘强度、电晕、放电电压、开关电器灭弧性能的影响程度，提出了风力发电变流器材料、产品机械结构、密封、产品温升及除湿方面在环境温度 影响下相应的改进方法，以适应高原环境发电机组运行需求。 【关键词】风力发电；变流器；高原 【中图分类号】ＴＭ６ｌ４ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１ｏ０６—４２２２（２０１７ｈ８一Ｏ１１５—０３ １引言 随着中国风力发电产业的发展，高原地区（海拔２０００ｍ以 上）风资源较好的省份．如云南、贵州、青海等地也相继规划了 风电场的建设，建设地海拔较高。由于常规风电机组是按海拔 ２０００ｍ以下设计的，高原风电场的气候条件与一般风电场有 很大差异，风力发电变流器须进行环境适应性改进设计。因 此，本文根据高原环境的特点，分析了环境对风力发电变流器 的影响，提出了风力发电变流器几个方面在环境温度影响下 相应的改进方法 ２高海拔气候特征 ２．１低温 海拔每升高１０００ｍ．气温随之降低６℃ ２．２低气压 （１）绝缘介质的强度影响：海拔增加后外绝缘的放电电压 会降低。在海拔变化的同时大气的参数出现变化．在空气湿度 与密度的双重影响下，外绝缘随温度降低和空气密度减小而 降低。海拔５０００ｍ的范围之内．海拔升高１０００ｍ．平均气压降 低７．７ １Ｏ．５ｋＰａ，外绝缘的强度降低约１２％ （２）电气间隙的击穿电压影响：产品在设计定型之后电气 间隙也早已固定，在空气压力降低的同时击穿电压降低．为使 电工电子产品在高原使用的过程中保持耐击穿能力需要增加 电气间隙 （３）开关电器的灭弧性能影响：空气密度或压力降低能够 降低空气介质灭弧的开关电器灭弧性能、电寿命以及通断能 力。随着海拔的升高电流电弧的燃弧随之延长．交流和直流电 弧的飞弧距离随着海拔的升高而增加 （４）介质的冷却影响低气压降低了空气介质的冷却效应。 以空气散热器、强迫通风或自然对流为散热方式的电子产品 在散热能力下降的同时温升增加。海拔５０００ｍ范围内每升高 １０００ｉｎ，温升增加约１０％，高发热电器的温升在海拔升高后增 加率为２Ｋ。 （５）对密封结构的影响低气压会改变多孔性、低浓度以及 低密度材料的化学及物理性质：密封容器中的液体和气体的 泄漏率变大：有密封要求的电工电子产品的电气性能也会受 到影响：容器承受的压力出现的变化可能会导致容器破裂。 ２．３辐射 太阳的辐射在到达地面之后与高分子材料的性能有非常 紧密的关系。紫外线是导致材料出现老化的重要因素。 ２．４空气湿度 随着海拔的升高，相对湿度随之降低，在绝对温度改变之 后，电工产品外绝缘的强度随之降低，干弧放电的电压降低。 根据相关的研究表明，每当海拔增加１００ｍ．干弧、冲击放电电 压、工频电晕和湿弧与标准状况相比下降了１％。 ２．５静电和雷电 由于高原地区的雷暴天气频发，并且气候相对干燥，非常 容易产生静电 ２．６日温差 日温差是高原的气候特点之中一个最为显著的特点．材 料非常容易发生热胀冷缩的剧烈变化．这使得密封的产品很 难保持密封状态，密封材料老化速度加快，容易出现渗漏情 况。昼热的温差大、温度变化快，使产品的外绝缘表面产生凝 露的概率加大，受污秽和低气压的综合作用．电工电子产品的 外绝缘强度降低，在运行过程中容易造成绝缘闪络事故。 ２．７外绝缘的含义 暴露在大气环境中的空气间隙及设备固体绝缘的外露表 面（的绝缘）。其绝缘耐受强度随大气环境条件（如气压、温度、 湿度、淋雨、污秽、履冰等）的变化而变化。 ＧＢ Ｔ１４５９７＿２Ｏ１Ｏ中对０－－５０００ｍ海拔气候环境条件的规定。 表１电工产品不同海拔的气候环境条件参数 序号 海拔（ｍ） 环境参数 ０ １ｏｏ０ ２Ｏｏ０ ３０ｏ０ ４ｏｏｏ ５Ｏｏ０ 气压 年平均 ｌ０１．３ ９０．Ｏ ７９．５ ７０．１ ６１．７ ５４．０ １ （ｋＰａ） 最低 ９７．０ ８７．２ ７７．５ ６８．０ ６０．Ｏ ５２．５ 最高 ４５．４０ ４５．４０ ３５ ３０ ２５ ２０ 空气温度 最高日平均 ３５－３０ ３５．３０ ２５ ２０ １５ １０ ２ （。Ｃ） 年平均 ２０ ２０ １５ ｌＯ ５ ０ 最低 ＋５，一５，一１５，－２５。一４０，一４５ 最大Ｅｌ温差（Ｋ） １５．２５．３０ 最湿月月平均最大 ９５．９０ ９５．９０ ９０ ９０ ９０ ９０（５） ３ 相对湿度 （平均最低气温）（℃） （２５） （２５） （２Ｏ） （１５） （１Ｏ） （％） 最干月月平均最小 ２０ ２０ １５ ｌ５ １５（５） １５（０） （平均最高气温）（℃） （１５） ｆ１５） （１５） （１０） 绝对湿度 年平均 ｌ１．Ｏ ７．６ ５．３ ３．７ ２．７ １．７ ４ （咖 ） 年平均最小值 ３．７ ３．２ ２．７ ２．２ １．７ １＿３ ５ 最大太阳直接辐射强度（Ｗ，ｍ２） １ｏｏ０ １０００ １Ｏ６０ １１２０ ｌ１８０ １１８０ ６ 最大风速（ｒｄｓ） ２５，３０，３５，４０ ７ 最大１０ｍｉｎ降水量（ｍｍ） ３０ ８ ｌｍ深土壤最高温度（℃） ３０ ２５ ２０ ２０ １５ １５ 注①：在最低空气湿度、最大日温差、最大风速、最大ｌＯｍｉｎ降水量等几项中， 可取所列数值之一。 （ ：最低空气湿度、最大日温差、最大风速、最大１０ｒａｉｎ降水量参数的选用。 ③：海拔５０００ｍ以上的气候环境条件参数正在研究中。 ３高海拔应用对电气设计的影响 ３．１低气压对电气设计的影响 高海拔对电气间隙影响。随着海拔的升高，外绝缘随温度 降低和空气密度减小而降低，标准：参考ＩＥＣ６１８００—５—１—２００７， 电气间隙乘以海拔校正系数；例如．４０００ｍ以下的电气间隙比 ２０００ｍ时增大１．２９倍。见表２。 １１６电力讯息 ２０ｌ７年９月下 Ｔ ¨Ｐ ２ Ｃｔ）ＩＴｐ（・ｔ ｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｉｆｗ ｃｌｅａｒａｎｃｅｓ ａｔ ａｉｒ ｈｉｄｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ２（）００ｍ ａｎｆｌ ２００（Ｘ）ｍ ４．１．１单板 （ｓｅｅ ４．３．６．４ １） Ａｈｌｕｄｅ（ｍ） ２ｏｏＯ ３０（）（） 单板安装距离设计满足４０００ｍ海拔要求。 Ｍｕｉｒ ｐｌ ｃａｔ Ｏｉｌｆａｃｔｏｒ Ｎｏｒｍａｌ ｂａｒｏｍｅｔｒ ｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ （ｋＰａ） ８０，０ ７０，０ ｆｏｒ ｃｌｅａｒａｎｃｅｓ １，Ｏ０ ｌ】４ 表３ ４００（）『ｌＩ海拔电气间隙与爬电距离要求 电气间隙（ｎｌｍ） 爬电距离（ｍｉｌ１） ３ ４ 电压 类型 污染等级 污染等级 污染等级 污染等级 污染等级 污染等蜘 ４ ４００Ｏ ５Ｏｏ０ ６０ｏＯ ７ｏｏＯ ６２，０ ５４．０ ４７，０ ４１，０ １．２９ １，４８ １，７０ Ｉ，９５ ４０ ６９０Ｖａｃ Ｂ，ｓ ４ｏｏ，６９ＯＶａｃ ５５ＯＢＵＳ～ＰＥ ＢＵＳ＋～ＢＵＳ— Ｒ Ｂ Ｆ ７ ｌ １８．１ ７．１ ７．１ ７．１ ｌ８．１ ７．１ ７．１ ７．１ ｌ８．１ ７．Ｉ ７．】 ７．１ ｌ８．１ ７．Ｉ ｌｌ ｌ０．９ ２１．８ ８ ８ ｌ７．６ ２１．８ ４３．６ ｌ７．６ ３５ ８０ｏ０ ９０ｏＯ ｌＯ００ｏ Ｉ５０（）ｏ ２Ｏ０ｏ０ ３５，５ ３０，５ ２６，５ １２．０ ５，５ ２，２５ ２，６２ ３，０２ ６，６７ 】４，５０ 单板 Ｂ ３．９ ３．９ ３．９ ３．９ ４ ８ ４．１．２功率部分 ＩＧＢＴ、电容、电阻、磁环、风扇、传感器及电流互感器等功 率器件满足４０００ｍ海拔要求 ４．１＿３配电器件 ３．２凝露对电气设汁的影响 ３．２．１凝露的产生 （１）高海拔地区空气稀薄，低压器件的击穿强度与耐压强 度也随之减小．在电气间隙不变的条件下．产品的额定绝缘电压 在高湿度的环境下，如果变流器内部器件表面温度低于 和最大额定工作电压都要降低 例如．额定绝缘电压Ｕｉ－６９０Ｖ 附近空气的露点温度，则会在单板、结构件以及铜排等位置发 的框架断路器在４０００ｍ的海报只能降额使用到５００～５２０Ｖ 、 生凝露 ３．２．２凝露的危害 （２）随着空气密度的降低，低压器件的灭弧能力降低，故 通断能力也要降低 （３）断路器：并网开关需要选用额定工作电压为ｌ１５０Ｖ的 高原型断路器：微型断路器也需要选用高原型器件 （４）接触器：需按照４０００ｍ海拔高度进行选型，并网接触 器、主接触器和软起接触器均需选用Ｕｅ＝ｌＯ００Ｖ的器件、 ４．１．４散热能力的评估 凝露将导致组件漏电增加或短路．严重时甚至会导致电 路烧毁：凝露还可能造成电子设备的绝缘电阻下降、漏电增 加．严重时甚至会出现飞弧和击穿等现象；同时在电、潮湿和 温度的共同作用下还会引起电化学反应和金属化腐蚀，从而 导致部件或分系统内部组件金属化系统的失效 ３＿３霄击对系统的影响 由于高原地区的雷暴天气频发，并且气候相对干燥，非常 容易产生静电 风机变流器是安装在风机塔筒或者机舱里面 （１）空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却相应 的降低，导致变流器散热能力降低，温升增加 （２）从ＧＢｆＦ ｌ４５９７一ｌ９９３表中可以看出，海拔４０００ｍ相对 的．没有暴露在外面，因此不会遭受直击雷的侵害；不过由于 ２０００ｍ温升限值可以提高ｌ５℃．． 叶片和塔体可能遭受直击雷．空间电磁环境比较恶劣，无论变 （３）平均环境温度和最高空气温度均随海拔的升高而降 流器安装在机舱还是塔筒基座．变流器的对外有源线路端口 都应考虑浪涌防护 低．高海拔环境空气温度的降低可以补偿我们产品运行中的 温升增加 ４．２针对凝露 （１）根据凝露产生的机理，预防的条件为： （Ｄ要想防止凝露的发生，必须使不允许发生凝露部位的 表面温度始终高于其周边的环境温度； （ 对于变流器而言，为防止柜内部发生凝露，只要保证柜 体内部的温度始终高于外部环境温度即可 、 （２）针对变流器系统防凝露 （Ｄ在长时间停机后，存在凝露发生风险，所以在每次启机 前进行加热除湿： （ 在变流器运行过程中，由于变流器自身损耗发热，柜体 内温度会始终高于外部环境温度，不存在凝露的发生 （３）针对水冷部分防凝露措施 ①根据柜内温度控制水温，保证管路部件不凝露； （ 凝露薄弱环节植绒； ⑧采用叠层母排设计； ，４）安规距离设计裕量： （５）软件防凝露功能 软件功能说明：如果变流器的入水口温度低于露点温度， 则启动防凝露加热逻辑．当温度加热到高于露点温度５℃或者 如果入水口温度为５０℃时．冷却液加热器停止加热，并延迟 ２０ｍｉｎ后置加热完成标志。在延迟过程中，如果再次出现入水 图１ ４高海拔设计方案 ４．１针对低气压 口温度低于露点温度的情况，加热器将重新启动。 （４）针对风冷部分防凝露措施 （１）安规距离设计裕量： ２０１７年９月下 电力讯息１１７ ５００ｋＶ梅力更智能化变电站运行维护分析 付占威，李志英，赵国钰（内蒙古超高压供电局，内蒙古呼和浩特０１００８０） 【摘 要】介绍了５００ｋＶ梅力更智能化变电站与传统变电站在结构、维护、异常处理等方面的不同，分析了智能变电站维护方面的转变，总结了 智能变电站的运行维护方法，为梅力更变电站运行维护提供参考。 【关键词】智能变电站；运行维护；异常处理 【中图分类号】ＴＭ６３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１７）１８—０１１７—０２ 引言 （１）智能变电站使用光纤替代了传统变电站的电缆．实现 ５００ｋＶ梅力更变电站是蒙西电网首座５００ｋＶ智能化变电 了信息共享最大化： 站，采用传统互感器加智能网络化组建的方式，５００ｋＶ系统、 （２）智能变电站监控后台采用“软压板”代替了传统变电 ２２０ｋＶ系统、主变的保护装置都采用数字化保护装置．双重化 站保护装置的“硬压板”： 配置，通过光纤直连对应的合并单元、智能终端实现直采直 （３）智能变电站应用ＩＥＣ６１８５０通信标准使二次设备具备 跳．通过Ａ、Ｂ网线连接间隔层ＭＭＳ交换机和监控后台通讯 远方操作的技术条件： 监控系统光字牌由软报文接入．保护装置与操作箱、测控装置 （４）智能变电站采用虚端子代替物理端子．逻辑连接代替 问只设软压板，保护投退的操作在监控操作员站进行．因此传 物理连接，保护等二次设备检修时的安全措施发生变化： 统变电站的管理、运行维护方式已不适用于智能化变电站．这 （５）智能变电站的运行、检修规范与传统变电站有差异： 就需要运行人员在实际工作中不断学习智能变电站的维护方 （６）智能变电站应用调试需要网络联调，使用的试验仪器 法．总结维护经验 设备与传统变电站不同 ｌ智能变电站与传统变电站的区别 ２智能变电站与传统综自变电站在运行维护 随着电力技术的发展。变电站经过传统常规型、综合自动 方面的差异 化、数字化的发展，逐步走向智能化变电站。可以说，智能变电 智能变电站的运行维护。与传统综自变电站相比．存在一 站是将不断发展的高科技含量的电气设备应用于电力系统的 些差异。智能变电站中一次设备智能化，二次设备网络化。设 产物．网络化信息共享是智能变电站的重要特征。对比梅力更 备之间连接介质由光缆替代了传统的电缆．电磁信号被转换 智能变电站与以往维护的综合自动化变电站主要有以下六点 成了数字信号，二次回路成为了“虚回路”。 区别： ２．１保护功能压板投退的差异 ： ②单板喷涂三防漆； 表３移动基站电源浪涌保护器的最大通流容量 ～’③变流器首次启机前启动加热除湿功能，消除器件凝露 ～—＼ 气象因素 雷暴日（日／＃－） 安装的同时降低柜内湿度。 环境因素——～—＼ ＜２５ ２５位置 ～４０ ≥４０ 环境湿度２５℃／９０％．根据焓湿图查询．变流器柜内温度若 城区 有不利因素 ６０ｋＡ ８０ｋＡ 升高５℃。变可把湿度降至４５％。 无不利因素 ６０ｋＡ 加热功率的核算，以并网柜为例，经过核算４８６Ｗ的加热 第一级 交流 郊区 有不利因素 ８０ｋＡ １Ｏ０ｋＡ 交流配电箱 功率即可满足５℃的升高；目前此柜体配置了１２００Ｗ的加热 无不利因素 ６ＯｋＡ 功率．满足消除器件表面凝露和降低柜内湿度的需求。 有不利因素 １ｏ０ｋＡ ｌ２０ｋＡ 山区 ４．３针对多雷击 无不利因素 ８０ｋＡ 某品牌变流器网侧防雷器最大通流容量峰值为１１０ｋＡ， 交流：级 ４０ｋＡ 开关电源 设备在塔内受到良好的屏蔽；引线采用屏蔽电缆，无户外架空 直流保护 １５ｋＡ 视具体情况 走线．这些表明风能防雷无不利的外部因素，完全可以覆盖最 运行。 严格的山区多累区的８０ｋＡ要求。 ＹＤ５０９８—２００５通信局（站）防雷与接地工程设计规范对移 参考文献 动基站的最大通流容量的规定（见表３）。 ｆ１１张延伟，夏泓，朱恒静，等．非密封性分系统热循环试验中的防结露 在变流器内部具有比较完备的多级防雷保护，网侧４０ｋＡ、 问题『Ｊ］．电子产品可靠性与环境试验，２００１（３）：３０～３３． 转子侧２０ｋＡ、定子侧２０ｋＡ、内部配电４０ｋＡ、信号端口３ｋＡ。 『２１张延伟，夏泓，于庆奎．分系统热循环试验中水汽结露导致元器件 ５结束语 失效的典型案例分析『Ｃ１．中国电子学会可靠性分会学术年会．２００２． 『３］罗成，胡佑群，蒋耀生，等．高原环境对风力发电变流器的影响分析 虽然＂３－前我国风电设备产业发展十分迅速，前景阔广阔。 叨．黑龙江电力，２０１２，３４（２）：１５２￣１５４． 但风电设备对环境的适应性是影响我国风电产业发展的重要 制约因素．也是风电设备制造的瓶颈。如何在优化风机设计， 收稿日期：２０１７—８—１６ 提高风机性能的同时，扩大机组适用条件范围是大势所趋。本 作者简介：殷彦翔（１９８７一），男，汉族，江苏海门人，工程师，学 文阐述了高海拔环境气候特征的特点，分析了高海拔气候特 士，硕士研究生在读，主要从事风力发电设备制造及现场运维 征对风电变流器的电气设计影响。提出了风力发电变流器针 服务相关工作。 对高海拔环境的设计方案，以适应高原型风电机组的可靠性