周袁
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摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，风电行业在我国发展十分迅速，箱式变电站是新能源电站中重要的高压电气设备，随着新能源电站在国内运行年限的增加，近年来箱式变电站在新能源电站的生产运行过程中暴露出了较多问题。以某发电集团公司风电／光伏箱式变电站为例，对变电站运行环境现状进行考察分析，总结箱式变电站缺陷类型，依托大量运行数据对缺陷原因进行分析，得出箱式变电站油色谱异常、轴流风机故障、箱体凝露及箱式变电站高压侧电缆头击穿等故障类型的原因。提出了有效预防措施，强调了在基建期加强技术监督的重要性，对新能源变电站生产运维具有一定指导意义。
关键词：风电；光伏；箱式变电站；技术监督；运行状态分析
引言
光伏发电已成为发电系统的重要组成部分，其中大规模并网光伏发电系统随着光伏电站更好的消纳能力取得蓬勃的发展，成为科研院所和各高等院校研究的热点。大规模光伏电站系统一般情况下根据设计的装机容量由若干子方阵组成。每500kWp光伏电池汇流设备与一台500kW逆变器构成一个光伏发电单元，每个光伏发电单元经1台并网逆变器将直流电转换为低压交流电，两个光伏发电单元经1台1000kVA升压变压器，将逆变器输出的交流电升压至35kV。
1箱式变电站的构成与运行特点
箱式变电站简称“箱变”，具有组装灵活、方便运输、便于操作，检修维护工作量小等特征，被广泛应用于风电场工程中。箱变为风电场第一级升压设备，其低压侧电压一般为AC0.69kV，高压侧为AC35kV。由于风场内各风电机组之间相距较远，为降低发电机回路的电能消耗，减少发电机回路动力电缆的长度和数量，风电机组与箱式变电站一般采用一机一变的单元接线组合方式。除了海上风电机组等一些箱变置于塔筒内部方案以外，箱变一般安装布置于距离风机塔筒中心约15m处。箱变将风电机组发出的电能升压至中压等级电压，再通过地埋电缆或架空集电线路送到升压站进行第二级升压。风电场箱变具有如下运行特征：第一，变压器容量小，空载时间长。国内陆上风电场单机多为1.5MW、2.0MW、2.5MW机型，容量均不大。第二，低进高出的连接方式。风电从箱变低压侧0.69kV进线，高压侧35kV出线，进出线均采用电缆连接方式。目前多选用0.69kV/35kV的升压变压器升压，然后通过集电线路汇集至升压站35kV配电装置上。第三，高压侧配置避雷器。高压侧避雷器与风电机组内部的过电压保护装置组成过电压吸收回路，在高压侧的绝缘设计上应充分考虑避雷器残余电压对高压侧电气设备的影响。第四，使用环境恶劣。我国风力资源丰富的地区很多都是在极端温差大、风沙盛行、空气湿度大、盐雾聚集等环境恶劣的地区，箱变在设计生产中还应考虑防尘、防雨、防凝露、防动物进入以及通风散热的要求。第五，过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大，并且风机内部配置有微机自诊断功能，在风机过载时会自动采取限速措施或切机，箱变很少出现过载情况。
2风电/光伏箱式变电站的运行状态分析
2.1直流耐压试验
直流耐压试验对电缆头的累积损伤效应是业内的共识。IEC62067／CD规定，对于220kV电压等级以上的交流电缆不允许进行直流耐压试验。国内外有关部门推荐用交流耐压试验取代传统的直流耐压试验。直流耐压试验对绝缘的影响主要表现在4个方面。电缆绝缘，包括电缆头绝缘内部的空隙在直流电场作用下游离产生电荷积累，导致恒定电场削弱了外施直流电场，降低局部电场强度，导致这些局部绝缘缺陷难以被直流耐压试验发现。直流耐压试验电压超出额定电压较多，高电压使原本良好的绝缘产生缺陷，定期的预防性试验反复作用将使其对绝缘的损伤产生累积效应。直流耐压试验时，电缆头附近的电压分布是按体积电阻分布的，与运行工况下电压按电容分布不同，因此直流电压对电缆头的作用不能准确反映运行时的绝缘状况。
交联电缆绝缘层在经过多年运行之后易产生电树枝和水树枝，此类树枝状放电通道易在电缆头附近产生。树枝放电在直流电压下加速延伸，从而导致绝缘老化速度加快，使电缆头故障加速。
2.2华式箱变保护信号的配置设计
传统的美式箱变无瓦斯保护信号，传统的欧式箱变无负荷开关熔断器组合电器开断信号。而华式箱变可以为用户提供如下保护信号：油位保护（配油位计）、压力保护（配压力释放阀）、瓦斯保护（配气体继电器）、温湿度保护（配温度控制器、凝露控制器、加热板）、负荷开关熔断器组合电器开断信号、断路器状态信号及箱变门信号等保护信号。并且将以上信号接入箱变测控装置，通过箱变测控装置回传至低压控制室。箱变测控装置一般需要具有适应如下环境的能力：电压为AC/DC220V±15%；频率为50Hz（-3Hz～+2Hz）；设备运行环境为-40℃～+70℃；储存环境温度为-45℃～+85℃。低压双分裂光伏箱变测控装置必须具有2个功率点采集功能，可分别采集两路U、I、P、Q、F、cosφ、有功电度、无功电度等遥测量；测控装置本身需具有：过流二段、过流三段、过电压保护、欠电压保护及零序电流保护功能；智能箱变测控集成规约转换接口及光纤通信接口采集光伏厂区组串式逆变器和箱变测控的信息后，统一转换成监控厂家的103规约，再通过光纤环网接至网络层的环网交换机。一般情况下每10台左右的华变组成一个环网来完成通讯。
2.3风电用欧式箱变
欧式箱变简称“欧变”，又称为预装箱式变电站。欧变一般采用“品”字型或“目”字型布置，内部各功能区间区分明了，可根据需要选择采用油变或者干式变。欧变主要由高压开关设备室、低压开关设备室以及变压器室组成，高压设备室内一般安装高压真空负荷开关-熔断器组合电器及隔离开关进行控制保护，低压设备室配置有低压框架断路器、浪涌保护器、以及0.4kV配电系统等。欧变所有元件均封闭安装于一个整体外壳内，其典型特点是体积大、造价高、环境适应性好。
2.4风电场箱变选型建议
欧变整体性能最佳，但一次投资成本最高、体型最大，适用于高海拔、气候条件恶劣、少人值守地区，以及对外形要求高、对环保要求高的自然保护区、市区等地方。美变体型小，结构紧凑，适用于对外形要求不高、电站巡检方便的地区。华变吸收了美变与欧变二者的特征，体型与价格均适中，性价比较好，近年来华变在风电场中的应用逐渐增多。美变、欧变、华变在技术上均能满足一般条件风电场的使用要求，它们在技术经济上存在着各自的优缺点，项目建设单位应综合考虑项目概算、当地使用环境等因素来选择箱变型式。
结语
利用箱式变电站大量的运行数据以及历史故障信息，对箱式变电站进行了主要故障原因分析，针对故障提出了应对措施，对新能源电站的运行及基建期的技术监督有着一定指导意义。分析可知，基建期安装调试阶段的监管不严是造成日后箱式变电站运维问题的主要原因，今后在提高箱式变电站运维管理的同时还应重视新能源电站基建期的技术监督。
参考文献
［1］汪秀丽.箱式变电站浅论［J］.水利电力科技，2007，33（2）：16-22.
［2］庞建丽，张亚杰，冯媛媛.35kV风电美式箱式变电站特点及设计注意事项［J］.电工电气，2012（12）：36-38.
［3］王清昊，陈刚，德颖，等.风电场35kV箱式变电站油色谱数据异常的分析［J］.沈阳工程学院学报（自然科学版），2013，9（3）：210-213.
［4］黄威，夏新民.电力电缆选型与敷设［M］.北京：化学工业出版社，2017.
［5］王文珍，王志坚.35kV高压电缆头故障对策分析［J］.山西电力，2013（1）：50-53.