低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站的制作方法

本发明属于电气、电工设备技术领域，特别是涉及到一种低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站。

背景技术：

光伏发电是一种使用区域限制少、设备相对简单易的发电方式，近年来在我国得到了快速发展。在光伏发电系统中，为了节省基本建设投资，通常采用预装式变电站，变电站所采用变压器以低压双分裂变压器为主，低压双分裂变压器通常由一个并联的高压绕组和两个轴向或幅向分裂的低压绕组组成，

当今国内各光伏电场通常选用2组500kWp逆变器与一台1100kVA变压器配合使用，逆变器二次侧电压经变压器升压至10kV或35kV等级后传输至光伏电厂升压站将电能并入电网。变压器型式分油浸式及干式两种，采用干式变压器存在变压器体积大，密封及散热差，同等容量干式变压器损耗较油浸式大的问题，因而越来越多的光伏电场采用油浸式变压器。现有结构预装式变电站存在变压器容量小、基建及后期维护费用高、过载能力不足及矿物变压器油环保风险等缺点。

对于一个装机容量50MW的光伏电场，需要配备容量为1100kVA双分裂变压器50台，而同等装机容量的风力发电场仅需配备25台容量2200kVA左右的升压变压器，因而光伏电场升压变压器的前期基建投资及后期运行维护费用约为同等容量风力发电场的2倍。因此为降低光伏电场投资及维护费用，提高光伏电场用分裂变压器容量的需求日益迫切。由于光伏发电逆变器低压电压低，因而电流很大，且为了保证分裂支路之间具有较大的相互补偿阻抗通常为20％～25％左右来限制短路电流而必须采用低压分裂式结构，目前光伏发电场用分裂式变压器通常为低压双分裂结构，受逆变器容量限制，要想加大变压器容量，减少光伏电场预装式变电站数量，势必要增加低压绕组分裂数，随着分裂数量加大，技术及工艺难点多。因而，如何提高光伏电场用分裂变压器低压分裂数量成为国内外技术关键点。

目前光伏发电所采用预装式变电站高压侧通常为真空或油浸式负荷开关配以限流熔断器来进行保护，当变压器发生过流故障时，熔断器熔丝熔断从而将变压器与故障隔离，起到对变压器的保护作用。因熔断器熔断后必须进行更换，因而加大电场的运行维护费用，且熔断器更换过程需要一定时间，势必会影响发电过程，造成发电量损失。因此，发明一种免维护的光伏发电预装式变电站具有巨大的经济效益。

光伏电场因利用太阳能发电，阳光越充足逆变器输出越大，从而使变压器负荷越大，在阳光充足时段，会造成变压器短时过载，短时过载会使变压器温升提高，且由于光伏发电的特殊性，即变压器负荷越大，环境温度越高，这样势必加剧了温升的提高。短时过载倍数及时间国家标准均有规定，短时过载造成温升提高，会造成变压器的绝缘寿命的损失，变压器的绝缘寿命决定了整台变压器的使用寿命，而光伏发电这种短时过载频率较大，甚至每天都有可能发生,而频繁的短时过载造成变压器寿命降低的同时，也会带来因局部过热而导致的氢气等故障气体的超标问题。解决光伏发电预装式变电站变压器过载问题可以采用加大变压器容量的方法来避免变压器的短时过载带来的影响，但此种做法势必会造成变压器体积加大，所用原材料成本变高，而体积加大也会增加相应的土建施工及运输成本，此种做法在经济性方面存在劣势。因此，在不增加变压器容量的前提下，如何提高光伏发电用变压器的过载能力成为国内外技术关键点。

光伏发电预装式变电站用油浸式变压器通常采用矿物变压器油，在变压器箱体存在渗漏及变压器故障时压力释放阀动作喷油过程中，所泄露矿物质变压器油很难降解，其对地下水，土壤及大气等都存在污染，特别是对生态环境特脆弱地区的污染，尤为严重。因此，光伏发电预装式变电站所采用油浸式变压器带来的环保问题亟待解决。

因此，现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站，用来解决传统的低压分裂油浸式变压器变压器容量小、基建及后期维护费用高、过载能力不足及矿物变压器油环保风险等缺点。

本发明提供一种低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站，其特征是：该光伏发电预装式变电站包括六分裂变压器、低压室Ⅰ、汇流管、散热装置、低压室Ⅱ及高压室，

其中六分裂变压器包括变压器外壳、变压器器身、高压出线装置和低压出线装置，所述变压器外壳内填充有燃点高于330℃的植物油；所述变压器器身安装在变压器外壳内部，变压器器身包括铁芯、低压绕组Ⅰ、低压绕组Ⅱ、低压绕组Ⅲ、高压绕组Ⅰ、高压绕组Ⅱ、高压绕组Ⅲ、低压绕组Ⅳ、低压绕组Ⅴ和低压绕组Ⅵ，所述低压绕组Ⅰ、低压绕组Ⅱ和低压绕组Ⅲ均绕设在铁芯上，并沿铁芯的轴向排列，且低压绕组Ⅰ出头、低压绕组Ⅱ出头及低压绕组Ⅲ出头分别沿铁芯的轴向引至变压器器身外部与低压出线装置连接；所述高压绕组Ⅰ、高压绕组Ⅱ及高压绕组Ⅲ沿铁芯的轴向排列，高压绕组Ⅰ出头、高压绕组Ⅱ出头及高压绕组Ⅲ出头分别引至变压器器身外部相互之间并联后接入高压出线装置，其中高压绕组Ⅰ绕设在低压绕组Ⅰ外侧，高压绕组Ⅱ绕设在低压绕组Ⅱ外侧，高压绕组Ⅲ绕设在低压绕组Ⅲ外侧；所述低压绕组Ⅳ、低压绕组Ⅴ和低压绕组Ⅵ沿铁芯的轴向排列，其中低压绕组Ⅳ绕设在高压绕组Ⅰ外侧，低压绕组Ⅳ出头引至变压器器身外部并与低压出线装置连接，低压绕组Ⅴ绕设在高压绕组Ⅱ外侧，低压绕组Ⅴ出头引至变压器器身外部并与低压出线装置连接，低压绕组Ⅵ绕设在高压绕组Ⅲ外侧，低压绕组Ⅵ出头引至变压器器身外部并与低压出线装置连接；

其中低压室Ⅰ与低压室Ⅱ构成预装式变电站低压进线单元，二者均与六分裂变压器固定连接，低压室Ⅰ与低压室Ⅱ均内部设置有万能式断路器、低压避雷器、刀熔开关及智能监控装置；

其中汇流管一侧通过管道与六分裂变压器连接，汇流管另外一侧通过管道与散热装置连接，且汇流管与散热装置之间设置有蝶阀；

其中散热装置为变压器用片式散热器；

其中高压室为预装式变电站高压出线单元，高压室与六分裂变压器固定连接，高压室内部设置有真空断路器、微机保护装置、高压避雷器、高压隔离开关及接地开关。

进一步，所述高压绕组Ⅰ与低压绕组Ⅳ之间的绝缘距离大于高压绕组Ⅰ与低压绕组Ⅰ之间的绝缘距离；所述高压绕组Ⅱ与低压绕组Ⅴ之间的绝缘距离大于高压绕组Ⅱ与低压绕组Ⅱ之间的绝缘距离；

所述高压绕组Ⅲ与低压绕组Ⅵ之间的绝缘距离大于高压绕组Ⅲ与低压绕组Ⅲ之间的绝缘距离。

通过上述设计本发明能带来以下有益效果：

1、本发明六分裂变压器中的低压绕组Ⅰ、低压绕组Ⅱ、低压绕组Ⅲ、高压绕组Ⅰ、高压绕组Ⅱ、高压绕组Ⅲ、低压绕组Ⅳ、低压绕组Ⅴ和低压绕组Ⅵ之间为轴向及幅向分裂关系；低压绕组数量由传统结构的双分裂增加为六分裂，提高了变压器的容量，可有效减少光伏电场预装式变电站数量2/3，节约基建及后期维护费用2/3。

2、变压器绝缘油采用高燃点植物油，可有效解决矿物变压器油的环保风险，并且提高了变压器的防火等级。

3、高压室保护装置为真空断路器，取消了高压负荷开关加高压熔断器保护方式熔断器的消耗，降低了光伏电场的运行维护费用及电量损失。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站结构示意图。

图2为本发明低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站中六分裂变压器结构示意图。

图中：1-六分裂变压器、2-低压室Ⅰ、3-汇流管、4-散热装置、5-低压室Ⅱ、6-高压室、7-变压器外壳、8-变压器器身、9-高压出线装置、10-低压出线装置、11-铁芯、12-低压绕组Ⅰ、13-低压绕组Ⅱ、14-低压绕组Ⅲ、15-高压绕组Ⅰ、16-高压绕组Ⅱ、17-高压绕组Ⅲ、18-低压绕组Ⅳ、19-低压绕组Ⅴ、20-低压绕组Ⅵ。

具体实施方式

本发明提出了一种低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站，请参照图1及图2所示，该光伏发电预装式变电站包括六分裂变压器1、低压室Ⅰ2、汇流管3、散热装置4、低压室Ⅱ5及高压室6，

其中六分裂变压器1包括变压器外壳7、变压器器身8、高压出线装置9和低压出线装置10，所述变压器外壳7内填充有燃点高于330℃的植物油，来源于天然的油料作物，在自然条件下可以完全生物降解，不会对地下水、土壤及空气等造成污染，燃点高于330℃，提高了变压器的防火等级；所述燃点高于330℃的植物油与绝缘材料具有良好的兼容性；所述变压器器身8安装在变压器外壳7内部，变压器器身8包括铁芯11、低压绕组Ⅰ12、低压绕组Ⅱ13、低压绕组Ⅲ14、高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16、高压绕组Ⅲ17、低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19和低压绕组Ⅵ20，所述低压绕组Ⅰ12、低压绕组Ⅱ13和低压绕组Ⅲ14均绕设在铁芯11上，并沿铁芯11的轴向排列，且低压绕组Ⅰ12出头、低压绕组Ⅱ13出头及低压绕组Ⅲ14出头分别沿铁芯11的轴向引至变压器器身8外部后单独与低压出线装置10连接；所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16及高压绕组Ⅲ17沿铁芯11的轴向排列，高压绕组Ⅰ15出头、高压绕组Ⅱ16出头及高压绕组Ⅲ17出头分别引至变压器器身8外部相互之间并联后接入高压出线装置9，其中高压绕组Ⅰ15绕设在低压绕组Ⅰ12外侧，高压绕组Ⅱ16绕设在低压绕组Ⅱ13外侧，高压绕组Ⅲ17绕设在低压绕组Ⅲ14外侧；所述低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19和低压绕组Ⅵ20沿铁芯11的轴向排列，其中低压绕组Ⅳ18绕设在高压绕组Ⅰ15外侧，低压绕组Ⅳ18出头引至变压器器身8外部并与低压出线装置10连接，低压绕组Ⅴ19绕设在高压绕组Ⅱ16外侧，低压绕组Ⅴ19出头引至变压器器身8外部并与低压出线装置10连接，低压绕组Ⅵ20绕设在高压绕组Ⅲ17外侧，低压绕组Ⅵ20出头引至变压器器身8外部并与低压出线装置10连接；轴向分裂变压器为变压器分裂的低压绕组在垂直方向组合在一起，构成与高压绕组的分裂关系，幅向分裂变压器为变压器分裂的低压绕组在径向方向组合在一起，构成与高压绕组的分裂关系，因此，所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16及高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅰ12、低压绕组Ⅱ13及低压绕组Ⅲ14之间为轴向分裂关系；

所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16及高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19及低压绕组Ⅵ20之间为轴向分裂关系；所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16及高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅰ12及低压绕组Ⅳ18之间为幅向分裂关系；

所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16及高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅱ13及低压绕组Ⅴ19之间为幅向分裂关系；所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16及高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅲ14及低压绕组Ⅵ20之间为幅向分裂关系；为保证高压绕组对六个低压分裂绕组的短路阻抗一致，所述高压绕组Ⅰ15与低压绕组Ⅳ18之间的绝缘距离大于高压绕组Ⅰ15与低压绕组Ⅰ12之间的绝缘距离；

所述高压绕组Ⅱ16与低压绕组Ⅴ19之间的绝缘距离大于高压绕组Ⅱ16与低压绕组Ⅱ13之间的绝缘距离；所述高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅵ20之间的绝缘距离大于高压绕组Ⅲ17与低压绕组Ⅲ14之间的绝缘距离；所述低压绕组Ⅰ12及低压绕组Ⅲ14出头位于变压器器身8一侧，低压绕组Ⅰ12出头位于上部，低压绕组Ⅲ14出头位于下部；

所述低压绕组Ⅱ13、低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19及低压绕组Ⅵ20出头位于变压器器身8另一侧，低压绕组Ⅱ13及低压绕组Ⅳ18的出头位于上部，低压绕组Ⅴ19出头位于中部，低压绕组Ⅵ20出头位于下部；所述低压绕组Ⅰ12、低压绕组Ⅱ13、低压绕组Ⅲ14、低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19和低压绕组Ⅵ20均采用箔绕式绕组，绕组层间设置有预浸布绝缘层，为F级180℃绝缘材料，绕组绝缘距离较传统结构加大30％；所述高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16和高压绕组Ⅲ17均采用多层圆筒式绕组，绕组导线外涂覆有耐高温180℃以上的绝缘漆即采用聚酯漆包绝缘电磁线，绝缘等级为F级180℃，绕组层间设置有NOMEX绝缘纸，耐高温220℃，绕组绝缘距离较传统结构加大30％。所述低压绕组Ⅰ12、低压绕组Ⅱ13、低压绕组Ⅲ14、高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16、高压绕组Ⅲ17、低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19和低压绕组Ⅵ20，为单独绕制，最后根据前面所述绕组位置顺序套装在一起。

其中光伏发电预装式变电站有两个低压室，分别为低压室Ⅰ2与低压室Ⅱ5，低压室Ⅰ2与低压室Ⅱ5构成预装式变电站低压进线单元，低压进线单元为预装式变电站变压器电能输入侧，光伏逆变器输出的电能通过低压进线单元传输至变电站，低压室Ⅰ2与低压室Ⅱ5均与六分裂变压器1固定连接，低压室Ⅰ2与低压室Ⅱ5均内部设置有万能式断路器、低压避雷器、刀熔开关及智能监控装置，其中智能监控装置具备变压器低压交流电压及电流量采集、过流保护、过压保护、缺相保护、瓦斯保护、温度保护、油位保护等功能，且具有通讯及故障记录功能；

其中汇流管3一侧通过管道与六分裂变压器1连接，汇流管3另外一侧通过管道与散热装置4连接，且汇流管3与散热装置4之间设置有蝶阀，汇流管3为方钢管加工件，可以有效解决因低压柜增加所占用空间造成散热装置4布置不下问题；

其中散热装置4为变压器用片式散热器，其与汇流管3之间安装有蝶阀，可以使预装式变电站运输时将片式散热器拆除，降低运输难度，同时可以方便片式散热器的更换；

其中高压室6为预装式变电站高压出线单元，高压出线单元为预装式变电站变压器电能输出侧，电能经过变压器改变电压后，通过高压出线单元传输出变压器，高压室6与六分裂变压器1固定连接，高压室6内部设置有真空断路器、微机保护装置、高压避雷器、高压隔离开关及接地开关。其中微机保护装置具有保护、遥测、遥信、遥脉、遥调、遥控功能，可实现对其全方位的控制和管理，实现了无人值守功能。

社会效益：

该光伏发电预装式变电站可在制造工厂内部根据电站建设要求预先进行制作，这样，使得变电站可以通过工厂化的生产流程来进行制造，一方面可大大缩短建设周期，另一方面工厂化的生产、检测手段也能进一步保证变电站的建设质量。另外，在变电站标准化程度提高的基础上，还可以进行提前生产、预制，可大大压缩后期的太阳能电站建设周期，减小了施工难度，同时也能节省成本。

本发明提出的低压六分裂环保型光伏发电预装式变电站具有以下几方面优点：

1、本发明六分裂变压器中的低压绕组Ⅰ12、低压绕组Ⅱ13、低压绕组Ⅲ14、高压绕组Ⅰ15、高压绕组Ⅱ16、高压绕组Ⅲ17、低压绕组Ⅳ18、低压绕组Ⅴ19和低压绕组Ⅵ20之间为轴向及幅向分裂关系；低压绕组数量由传统结构的双分裂增加为六分裂，提高了变压器的容量，可有效减少光伏电场预装式变电站数量2/3，节约基建及后期维护费用2/3。

2、变压器绝缘油采用高燃点植物油，可有效解决矿物变压器油的环保风险，并且提高了变压器的防火等级。

3、低压绕组层间绝缘为预浸布,为F级(180℃)绝缘材料，高压绕组采用聚酯漆包绝缘电磁线，绝缘等级为F级(180℃)，层间绝缘材料采用Nomex纸(220℃)，高压绕组及低压绕组绝缘距离较传统结构加大30％，可有效解决传统A级绝缘(105℃)预装式变电站变压器过载能力不足问题，使变压器的允许温升提高75℃。

4、高压室保护装置为真空断路器，取消了高压负荷开关加高压熔断器保护方式熔断器的消耗，降低了光伏电场的运行维护费用及电量损失。