高海拔35kv储能环氧浇注干式电力变压器的研究

高海拔35kv储能环氧浇注干式电力变压器的研究

黄雪梅

中电电气（江苏）变压器制造有限公司，江苏 扬中

摘要：通过分析高海拔地区的特点，研究高海拔地区使用的35kV干式储能变压器设计的关键技术及解决方案，设计的高海拔35kV储能环氧浇注干式电力变压器具有体积小、损耗低、局部放电量小、噪音低、散热能力强，防潮性能好，高海拔环境运行更安全、难燃防火，无污染、免维护等优点，为高海拔用户和电网提供安全性能更高的储能变压器。

关键词：高海拔；35kv；储能；干式变压器

一、市场需求

随着全球电力需求的井喷，电力系统开始由“源-网-荷”变成“源-网-荷-储”四大基本要素，储能开始变成电力时代下的重要基础设施。以前传统的储能是匹配火力发电调频调峰的抽水储能，现在随着新能源发电产业加速发展，电化学储能技术和应用不断升级，逐渐成为最有应用前景的技术路线。

自2021年上半年起，国家和地方能源主管部门就开始密集出台储能相关政策，国内储能大量规模化落地，其新能源的提倡应用,风能、光能作为一种清洁能源得到了广泛推广,高海拔地区一般风能、光能资源比较充裕,因此很多风电场项目、光伏发电项目落户在海拔相对较高的地区，为将这些清洁能源传输到其他用电设备或存储在储能系统中，适应于高海拔地区的储能变压器就应运而生，高海拔区域新能源市场需要的变压器每年达10亿元以上。

干式电力变压器市场作为变压器制造企业的主要领域，其种类和规格对制造企业可持续发展至关重要，应用于高海拔地区的35kv储能环氧浇注干式变压器将为制造企业的发展提供一片新的领域。

二、高海拔变压器主要技术影响

对安装于集装箱体内的高海拔35kV储能环氧浇注干式电力变压器而言，需要满足其安装尺寸的同时更要满足其高海拔安全可靠运行的各项严格的电气性能要求。由于产品运行在海拔较高的地区，其特殊的环境对该产品电气特性的影响非常大，产品在设计理论和结构上与常规变压器有着很大的区别，其中主要有：

　　1、对电气间隙的影响

大气的压力、温度、和湿度都会影响空气的密度、电子自由行程、碰撞电离及吸附效应。因而应对空气密度、湿度、海拔高度进校校正。由巴申定律可知，在海拔变高时，空气变得稀薄，气压降低，密度减小，可知同等的电压等级其击穿距离减小。因此，要满足高原的抗击穿安全距离，必须对耐压等级进行降级或增大电气间隙。

2、对爬电距离的影响

爬电距离是指不同电压沿着绝缘表面的直线距离，由压差、环境的污秽程度和绝缘材料的耐泄痕指数有关,爬电距离不能小于电气间隙。 在环境湿度很大的条件下，可能出现相间沿绝缘表面进行导电。

3、对温升的影响

普通空气对流散热的器件在海拔升高时受空气特性改变的影响。高海拔地区使得空气的气压减小，空气密度减小，散热能力减弱，设备的同负载下的温升提高，在设计时需要增大设计容量。

4、对介电性能的影响

受高海拔出现的空气稀薄的影响，器件的工频电压耐受能力和冲击耐受电压能力减弱，类似于对电气间隙的影响，要对介电性能做同样的计算处理。

三、关键技术分析与设计

1、主绝缘应满足高原型变压器的电气性能要求

高海拔35kv储能环氧浇注干式电力变压器的绝缘材料、绝缘距离和绝缘结构对产品能否安全运行起决定性作用。干式变压器的主要绝缘一般为高耐热等级的绝缘材料加空气绝缘组成的复合绝缘。

1.1绝缘电压应放大一级修正

高海拔35kv储能环氧浇注干式电力变压器是新能源时代的新型变压器，在高低压线圈之间主绝缘距离及绝缘结构布置上没有完全吻合的数据和经验支撑，在参考前辈研究经验及结果的同时，应用经研究及认证布置合理的主绝缘距离及双层绝缘隔筒的绝缘结构布局，即在高、低压线圈之间增加成型的与高低压线圈同形状的绝缘隔筒，形成“带电体-固体-空气-固体-空气-固体-空气-固体-带电体”的绝缘体系，避免空气击穿；来满足高原变压器的抗击穿安全距离，增大电气间隙。

依据GB1094.11-2022规定，空气的介电强度随海拔的升高而减小。当规定变压器在海拔为1000m 以上的高度运行时,设计应考虑到空气介电强度的降低。当变压器被规定在海拔为1000m~4500m 运行,但试验在另一个海拔处进行时,应按照表1对试验电压进行校正。此校正只适用于外施耐压试验,而不适用于其他绝缘试验。

在进行外施耐压试验时,试验电压值应乘以系数Tcf(试验地点海拔修正系数与安装地点海拔修正系数的比值)。

表1外施耐受电压水平修正系数

当海拔超过4500m 时,绝缘水平应由供、需双方协商确定。

    对于表3中未列出的海拔,可以放大一级修正。

例：用于国内海拔高度4200米，应按照4500米修正。电压组合：38.5±2×2.5%/0.75的储能环氧浇注干式变压器，其绝缘水平按上述GB1094.11-2022标准要求，在试验地点海拔高度为1000米的地区进行测试工频耐压要求应按0.67系数折算为104.5kV/1min.按空气耐受电压强度0.7~0.85MV/m计算出高压-低压线圈相间（含绝缘）最大空气距离应在123~149.3之间进行选取。因考虑整体尺寸等因素，故尽可能取小值（我们选择按125mm进行设计）。加上布置合理的主绝缘双层绝缘隔筒的绝缘结构布局，经工厂相关试验认证该复合绝缘距离和结构完全满足预期要求。

1.2高压35kV绝缘部件的沿面爬电距离及对地放电距离需加大设计。

采用带有伞型凸台，外侧面四周设有矩形槽口的绝缘垫块新结构增加绝缘上下垫块沿面爬电距离来满足高海拔储能环氧浇注干式变压器产品的高绝缘水平要求。在有效增加垫块高度的情况下，通过增加阶梯面的方式，延长了绝缘垫块沿面爬电距离，有效控制了产品成本，且延长了线圈上下端部到上下铁轭或对地之间的放电距离，提高了产品的外绝缘电气强度，进一步增强了产品的安全性能。

2、温升应满足高海拔地区的使用要求

高海拔电力变压器温升按GB1094.11-2022规定或客户特殊要求进行设计。因普通空气对流散热的器件在海拔升高时受空气特性改变的影响。高海拔地区使得空气的气压减小，空气密度减小，散热能力减弱，设备的同负载下的温升提高，在设计时需要增大设计容量即降低设计变压器温升，通过降低变压器的设计电密、增加散热气道、散热面积等相关措施来满足高海拔变压器对温升的要求。

3、散热应能保证储能一体机正常运行

由于高海拔35kv储能环氧浇注干式电力变压器安装于防护等级较高的集装箱体内，其散热能力成为一个重要考核指标。环境温度若长期较高，安装在通风冷却不良的机柜内时，会造成干式变压器寿命缩短。为保持通风良好，环境温度较低。则需设置完善的通风冷却系统以保证干式变压器正常运行。

3.1变压器线圈散热结构设计

3.1.1高、低压线圈合理采用多个散热气道结构设计，并将其散热面积和通风量尽可能最大化。

3.1.2避免线圈散热气道被堵塞的绝缘结构设计。采用在线圈气道位置断开绝缘缓冲垫块，将断开的2块绝缘缓冲垫块分别固定，从而保证高压线圈散热气道的通风连续性，实现散热面积和通风量达到最大化。

3.2根据变压器散热量合理计算并选用大功率，大风量冷却风机。干式储能项目用变压器冷却风机的总风冷量按照≥5m3/min*变压器总损耗（kW）*时间计算而得。通过调节冷却风机吹风位置及吹风角度来改变通过变压器高低压线圈及铁芯间风道的空气流量，改善了散热效果，消除了变压器散热不均匀现象，从而提高了高海拔地区变压器空气冷却变压器散热效果。

3.3高海拔35kv储能环氧浇注干式电力变压器采用强迫导风板结构，在干式变压器外线圈与防护外壳之间做一个导风的绝缘隔板，导风板可以是一块绝缘板，也可以是由多块绝缘板拼接，导风隔板与变压器外线圈之间留有15～30mm的空隙气道，导风板与防护外壳密封连接，导风板的安装位置在距变压器线圈下端部二分之一至三分之二线圈高度，导风板通过支撑件进行固定。保证高海拔变压器绝缘性能的同时又提高了高海拔变压器通风散热的效果。

3.4.改善储能变一体机箱体通风散热导风结构。如附图所示。

1、储能一体机箱体  2、风机出口防护罩  3、百叶窗进风口4、出风口空气流向5、进风口空气流向6、导风板

通过在一体机侧上面的出风口与下面的进风口之间增加一件导风板，改变了出口热风的风向。将上面出风口吹出来的热风引流到其他空间，不再被下面的进风口吸进去。导风板固定在出风口下侧，与出风口有一定的斜角度，可以让空气比较顺利的流动，导风板的位置和导风角度可以根据整机设备的大小来调整。这样一体机设备进风口流入的都是自然温度的空气，整个设备的空气冷却效果就可以得到保证，满足了设备运行的正常温度，避免设备因温度高产生的绝缘老化及元器件失效，安全可靠性得到有效提高。

4、体积应满足储能一体机安装要求

在确保高海拔35kV储能环氧浇注干式电力变压器各项电气性能的同时尽可能减小该变压器体积，以满足储能一体机安装等要求。主要是变压器相间、线圈间及两侧均采用增加绝缘隔板的结构；其次是采用新型高压引线结构，即高压出线头上部采用加高双出线嘴结构设计，直接引出接线端子供外部接线。另外高压角接连接线采用分别向内、外相对方向弯折结构，既保证电气安全绝缘距离同时又减小变压器外形尺寸。

5结论

综上所述，高海拔35kV储能环氧浇注干式电力变压器具有体积小、损耗低、局部放电量小、噪音低、散热能力强，防潮性能好，高海拔环境运行更安全、难燃防火，无污染、免维护等优点。本文通过分析高海拔地区的特点，介绍了高海拔地区使用的35

kV储能干式变压器设计的相关关键技术及解决方案，为高海拔用户和电网提供安全性能更高的储能变压器。

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