一种适用于海上风电用电力变压器设计的方法与流程

1.本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种适用于海上风电用电力变压器设计的方法。


背景技术：

2.风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。
3.变压器是海上风力发电场配套于风力发电机组用于发送电的主要设备，作用是将海上风电机组发出的电能输送到岸上变电站，再经过岸上变电站并网至电网中。
4.由于受海洋气候、环境等因素影响，诸如，变压器安放的特殊位置，海上没有地表，用来放置变压器的位置受限。变压器需要保持良好的通风，以散发掉自身损耗带来的热量，而海上不具备陆地的气候条件，海水、超强湿度及盐份侵蚀是变压器不能耐受的。因此，传统的变压器设计方法已经不能满足海上风力发电的变压器的使用环境。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统的变压器设计方法已经不能满足海上风力发电的变压器的使用环境问题，提供一种适用于海上风电用电力变压器设计的方法。
6.一种适用于海上风电用电力变压器设计的方法，包括：
7.1)对海上风电用电力变压器的内部结构进行设计；
8.2)建立海上风电用电力变压器测试模型，并对海上风电用电力变压器测试模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的绝缘、温升和抗短路性能是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤3)
9.3)对海上风电用电力变压器的外部结构进行设计；
10.4)对海上风电用电力变压器的外部结构进行强度仿真计算，判断海上风电用电力变压器测试模型的结构强度是否能够满足模拟工况的强度要求，如果不能满足模拟工况的强度要求则修改海上风电用电力的外部结构，跳转执行步骤3)，否则跳转执行步骤5)；
11.5)根据海上风电用电力变压器的外部结构确定防腐工艺方案；
12.6)对海上风电用电力变压器的防腐进行评估，判断海上风电用电力变压器的防腐是否满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求，则修改防腐工艺方案，跳转执行步骤5)，否则完成海上风电用电力变压器设计。
13.在其中一个实施例中，步骤1)中对海上风电用电力变压器的内部结构进行设计具体包括，根据海上风电用电力变压器的电压、绝缘水平、阻抗及联结组别，共同确定海上风电用电力变压器中各绕组的内外直径、高度及电流密度
14.在其中一个实施例中，步骤2)的详细步骤包括：
15.2.1)建立海上风电用电力变压器的绝缘模型；
16.2.2)通过变压器绝缘仿真软件对海上风电用电力变压器的绝缘模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的绝缘是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤2.3)；
17.2.3)建立海上风电用电力变压器的散热和温升模型；
18.2.4)通过变压器温升仿真软件对海上风电用电力变压器的散热和温升模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的温升是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤2.5)；
19.2.5)建立海上风电用电力变压器的抗短路模型；
20.2.6)通过变压器抗短路仿真软件对海上风电用电力变压器的抗短路模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的抗短路性能是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤3)
21.在其中一个实施例中，步骤2.1)中对海上风电用电力变压器的内部结构进行设计具体包括，根据变压器绕组的内外直径、高度，进行变压器绝缘设计，在保证绝缘强度的前提下，提高变压器绝缘设计裕度。
22.在其中一个实施例中，步骤2.3)中建立海上风电用电力变压器的散热和温升模型具体包括，根据海上风电用电力变压器的容量、冷却介质以及变压器损耗的计算，选择合适的冷却装置，调整变压器绕组油道。
23.在其中一个实施例中，所述冷却介质选用植物油。
24.在其中一个实施例中，步骤2.5)建立海上风电用电力变压器的抗短路模型还包括：采取降低导线电流密度、多复合导线根数减少、单根导线厚度增加、改善单根导线的宽厚比中一种或多种方式，在保证抗短路能力的前提下，提高变压器的抗短路能力的裕度。
25.在其中一个实施例中，步骤4)中所述模拟工况包括：海上运输时驳船运动产生横摇、纵摇、升沉组合下的工况、海上升压站平台摆动工况和海上地震工况。
26.在其中一个实施例中，所述海上风电用电力变压器的外部结构的形状选用钟罩式或桶式。
27.在其中一个实施例中，步骤5)的详细步骤包括：
28.5.1)选择与海上风电用电力变压器相适应的工艺处理；
29.5.2)选择防腐油漆喷涂。
30.上述适用于海上风用电力变压器的设计方法，在现有变压器的设计基础上，针对海上风电与陆上风电的区别，对海上风用电力变压器绝缘、温升和抗短路等方面进行适配，使海上风用电力变压器能够适应在海上长时间工作。并且，针对海上风用电力变压器在海上运输和工作等方面，对海上风用电力变压器的外部结构进行适配，使得海上风用电力变压器能够具备防腐，防抖等特点，进一步保证海上风用电力变压器能够在海上长时间正常运行。
附图说明
31.图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
具体实施方式
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
38.参阅图1，图1示出了本发明一实施例方法的基本流程示意图，本发明一实施例提供的一种适用于海上风电用电力变压器设计的方法，包括：
39.1)对海上风电用电力变压器的内部结构进行设计；
40.2)建立海上风电用电力变压器测试模型，并对海上风电用电力变压器测试模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的绝缘、温升和抗短路性能是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤3)
41.3)对海上风电用电力变压器的外部结构进行设计；
42.4)对海上风电用电力变压器的外部结构进行强度仿真计算，判断海上风电用电力变压器测试模型的结构强度是否能够满足模拟工况的强度要求，如果不能满足模拟工况的强度要求则修改海上风电用电力的外部结构，跳转执行步骤3)，否则跳转执行步骤5)；
43.5)根据海上风电用电力变压器的外部结构确定防腐工艺方案；
44.6)对海上风电用电力变压器的防腐进行评估，判断海上风电用电力变压器的防腐是否满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求，则修改防腐工艺方案，跳转执行步骤5)，否则完成海上风电用电力变压器设计。
45.上述适用于海上风用电力变压器的设计方法，在现有海上风用电力变压器的设计基础上，针对海上风电与陆上风电的区别，对海上风用电力变压器绝缘、温升和抗短路等方面进行适配，使海上风用电力变压器能够适应在海上长时间工作。并且，针对海上风用电力变压器在海上运输和工作等方面，对海上风用电力变压器的外部结构进行适配，使得海上风用电力变压器能够具备防腐，防抖等特点，进一步保证海上风用电力变压器能够在海上长时间正常运行。
46.本发明的实施例中，步骤1)中对海上风电用电力变压器的内部结构进行设计具体包括，根据海上风电用电力变压器的电压、绝缘水平、阻抗及联结组别，共同确定海上风电用电力变压器中各绕组的内外直径、高度及电流密度。
47.本发明的实施例中，步骤2)的详细步骤包括：
48.2.1)建立海上风电用电力变压器的绝缘模型；
49.2.2)通过变压器绝缘仿真软件对海上风电用电力变压器的绝缘模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的绝缘是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤2.3)；
50.2.3)建立海上风电用电力变压器的散热和温升模型；
51.2.4)通过变压器温升仿真软件对海上风电用电力变压器的散热和温升模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的温升是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤2.5)；
52.2.5)建立海上风电用电力变压器的抗短路模型；
53.2.6)通过变压器抗短路仿真软件对海上风电用电力变压器的抗短路模型进行测试，判断海上风电用电力变压器测试模型的抗短路性能是否能够满足工程应用需求，如果不能满足工程应用需求则修改海上风电用电力变压器的内部结构，跳转执行步骤1)，否则跳转执行步骤3)。
54.本发明的实施例中，步骤2.1)中对海上风电用电力变压器的内部结构进行设计具体包括，在步骤1)中确定了变压器的各绕组的内外直径、高度之后，根据变压器绕组的内外直径、高度，进行变压器绝缘设计，并在保证绝缘强度的前提下，提高变压器绝缘设计裕度，以保证海上风电用电力变压器在实际的使用过程中，有足够的绝缘误差以保障海上风电用电力变压器能够正常运转。
55.本发明的实施例中，步骤2.3)中建立海上风电用电力变压器的散热和温升模型具
体包括，根据海上风电用电力变压器的容量、冷却介质以及变压器损耗的计算，选择合适的冷却装置，调整变压器绕组油道。进一步地，为保证冷却装置能够具有更好的安全性，在实际的设计过程中，为了保证设计出的变压器在正常运行条件下，变压器温度升高的数值尽可能的减少，可以通过增加冷却装置的冷却容量等方式，来保证变压器的温升值远小于设计出来的要求值，进而可以保证变压器具有足够的安全性和抗风险能力。
56.具体到实施例中，上述冷却装置的冷却介质可以选用植物油。由于是海上风电用的变压器，其工作环境也在海上，若发生冷却介质泄露的事故，传统的冷却介质会对海洋环境造成污染，而植物油在海洋里可以自然降解，不会对海洋的神态造成污染，更加环保。
57.本发明的实施例中，步骤2.5)建立海上风电用电力变压器的抗短路模型还包括：在保证抗短路能力的前提下，提高变压器的抗短路能力的裕度。风力发电的其中一个特点便是其可以长时间自主地产生电力，无需人员看管，海上风力发电也同样如此，海上风电用电力变压器在实际的使用过程中是放置在无人值守的海上风电升压站内。为了保证海上风力用电力变压器在无人值守的时候，也能够具有一定的抵抗突发短路故障冲击的能力，通过采取降低导线电流密度、减少多复合导线根数、增加单根导线厚度、改善单根导线的宽厚比中一种或多种方式提高变压器的抗短路能力的裕度，使得海上风力用电力变压器具备在无人值守的情况下应对突然短路故障冲击的能力。
58.本发明的实施例中，步骤4)中模拟工况包括：海上运输时驳船运动产生横摇、纵摇、升沉组合下的工况、海上升压站平台摆动工况和海上地震工况。这三种工况涵盖了海上风力用电力变压器在运输和工作过程中的大部分所处的环境，根据这些工况下的计算结果，对变压器外部结构进行加强与调整，直至满足结构的强度要求，并且在对结构进行设计的时候，需要对结构强度保留一定的裕度，以提高海上风力用电力变压器具有足够的安全性和抗风险能力。
59.具体到实施例中，海上风电用电力变压器的外部结构的形状选用钟罩式或桶式。如此，既可以保证外部结构的强度，又可以使用海上风电用电力变压器的内部结构具有充足的安装空间。
60.进一步地，为了保证海上风电用电力变压器在升压站上的稳固，将变压器器身的垫脚所在位置配合升压站进行结构上的加强，以进一步地提高海上风电用电力变压器的结构强度。
61.本发明的实施例中，步骤5)的详细步骤包括：
62.5.1)选择与海上风电用电力变压器相适应的工艺处理；
63.5.2)选择防腐油漆喷涂。
64.通过选择合适的工艺处理，以及合适的变压器外部油漆进行喷漆，可以保证海上风电用电力变压器具有足够防腐能力，以应对海水的腐蚀。
65.上述适用于海上风用电力变压器的设计方法具有以下优点：
66.在现有海上风用电力变压器的设计基础上，针对海上风电与陆上风电的区别，对海上风用电力变压器绝缘、温升和抗短路等方面进行适配，使海上风用电力变压器能够适应在海上长时间工作。并且，针对海上风用电力变压器在海上运输和工作等方面，对海上风用电力变压器的外部结构进行适配，使得海上风用电力变压器能够具备防腐、防抖等特点，进一步保证海上风用电力变压器能够在海上长时间正常运行。
67.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。