光伏发电用干式变压器关键技术研究

光伏发电用干式变压器关键技术研究

杨晓洁  徐英杰  刘扬 

江苏中天伯乐达变压器有限公司

摘要：随着全球对可再生能源的需求不断增加，作为一种重要清洁能源的光伏发电正迅速发展。光伏发电系统中的干式变压器面临着性能提升和可靠性保障的挑战。针对这一问题，本文研究了光伏发电用干式变压器的关键技术，包括先进绝缘材料的研发、铁芯材料的优化、绕组设计的改进、散热技术的创新以及智能监测与故障诊断系统的构建。通过这些策略的实施，旨在提高干式变压器的工作效率和安全性，有助于光伏发电系统的整体性能提升，从而促进可再生能源的可持续发展。

关键词：光伏发电；干式变压器；关键技术

引言：

干式变压器作为连接光伏组件与电网的重要环节，其性能和可靠性直接影响到整个系统的效能与安全性。尽管干式变压器在结构紧凑性、环境适应性和维护成本等方面具备显著优势，但在面对日益严苛的运行条件和技术要求时，仍需进行深入的技术创新与优化。本文将探讨干式变压器的关键技术，旨在为提升光伏发电系统的整体性能提供理论依据与实践指导。

1 光伏发电用干式变压器的结构特点与技术优势

1.1结构特点：紧凑设计与散热性能优越

光伏发电用干式变压器在设计上体现了现代工程技术的精髓，其紧凑的结构设计使其在空间利用上表现出色。与传统的油浸式变压器相比，干式变压器省去了庞大的油箱和复杂的冷却系统，因而在体积和重量上都得到了显著减少。干式变压器的散热性能采用固体绝缘材料具有良好的热导性，能够有效地将产生的热量迅速散发，保持设备在安全的工作温度范围内。这种优越的散热性能延长了变压器的使用寿命，还提升了其在高负荷和极端环境条件下的可靠性。

1.2技术优势：环境适应性强与维护成本低

由于其采用固体绝缘材料，干式变压器能够抵御高温、低温、高湿度以及高盐雾等极端环境的影响，确保在各种气候条件下的安全性和可靠性。这种强大的环境适应性使得干式变压器特别适合于光伏发电项目的多样化应用，无论是在城市、乡村，还是在偏远地区，都能高效运行。干式变压器的维护成本相对较低，减少了维护工作量和费用。设备的固态结构也降低了故障发生的概率，使得日常维护变得更加简便。

2 光伏发电用干式变压器关键技术研究

2.1 先进绝缘材料的研发与应用

随着材料科学的进步，越来越多的先进绝缘材料被研发出来。环氧树脂和聚酰亚胺等新型材料因其优异的绝缘性能和耐热性而受到青睐。环氧树脂的介电强度通常可达到20-30 kV/mm，这意味着其能够承受更高的电压，减少了击穿风险，从而提升了变压器的安全性和可靠性。此外，聚酰亚胺作为一种高性能绝缘材料，其耐温范围可达到-269℃至+400℃，在极端环境下依然能够保持良好的绝缘性能。这种材料的引入，使得干式变压器在高温、高湿等复杂环境中运行时，能够有效防止绝缘老化和失效，延长设备的使用寿命[1]。在实际应用中，干式变压器的绝缘系统还需经过严格的测试和验证，以确保其在长期运行中的稳定性和可靠性。根据行业标准，绝缘材料的老化试验通常要求在150℃下进行2000小时的测试，以评估其耐久性。通过这些先进绝缘材料的研发与应用，光伏发电用干式变压器能够提高整体性能，还能在日益严苛的市场环境中保持竞争力。

2.2 铁芯材料的优化与制造工艺改进

传统的硅钢片铁芯由于其较高的磁导率和相对较低的损耗，仍然是广泛使用的材料。随着技术的进步，非晶合金铁芯逐渐成为一种新兴选择，非晶合金的铁损可以低至0.1 W/kg，远低于传统硅钢片的1.5 W/kg，这意味着在相同的工作条件下，使用非晶合金铁芯的变压器能够显著降低能量损耗，从而提升整体效率。在制造工艺方面，激光切割技术的引入为铁芯的精密加工提供了新的可能。通过激光切割，铁芯的边缘可以实现更光滑的切割面，减少了因切割不当导致的磁滞损失。采用热处理工艺可以进一步改善铁芯的磁性能，使得其在高频率下的表现更加出色。根据行业标准，铁芯的磁导率应保持在1500-2000 mH/m之间，以确保变压器在高负载情况下的稳定性。这些改进为干式变压器的可靠性和经济性提供了强有力的支持，推动了光伏发电技术的进一步发展。

2.3 绕组设计与电气性能的提升

为了优化电流的分布和减少电磁干扰，现代干式变压器通常采用扁平导体或圆形导体的组合设计。通常情况下，其电阻率可控制在0.0175 Ω·mm²/m以下，这对于提升变压器的效率至关重要。高性能的绝缘材料，如聚酰亚胺或环氧树脂，能够承受高达10 kV的电压，确保在高负载情况下的安全运行。通过合理的绝缘层设计，干式变压器的绕组能够有效防止局部放电现象，降低绝缘失效的风险，从而延长设备的使用寿命[2]。在电气性能方面，优化的绕组设计可以显著提高变压器的短路强度和抗干扰能力。根据行业标准，干式变压器的短路强度应能够承受至额定电流的冲击。对绕组设计的不断优化，光伏发电用干式变压器不仅能够提升电气性能，还能在复杂的运行环境中保持高效稳定。

2.4 散热技术的创新与应用

在光伏发电用干式变压器中，散热技术的有效性直接关系到设备的性能和寿命。现代干式变压器通常采用自然空气冷却与强制通风相结合的散热方案。自然冷却依赖于变压器外壳的设计，通常要求散热面积达到设备总表面积的15%至20%，以确保在正常运行条件下，设备温度不超过90℃，从而避免绝缘材料的老化。为进一步提升散热效率，许多制造商开始应用风冷技术，通过安装风扇或冷却风道，增强空气流动，降低绕组和铁芯的温度。散热材料的选择也对散热性能有重要影响。近年来，采用导热性优良的复合材料作为绝缘和散热层，能够有效提升热传导效率。这些材料的导热系数通常在1.5 W/(m·K）以上，能够迅速将热量从内部转移到外部环境，确保变压器在高负载下依然能够稳定运行。这些散热技术的创新与应用使光伏发电用干式变压器提升了散热效率，还增强了设备整体性能。

2.5 智能监测与故障诊断系统的构建

在现代光伏发电用干式变压器的运行中，智能监测与故障诊断系统通过实时监测变压器的关键参数，如温度、振动、局部放电和电流等，能够及时发现潜在故障，确保设备的安全和稳定运行。根据行业标准，变压器的温度监测应覆盖从-30℃到+120℃的范围，以适应各种环境条件，并确保在高温下不会导致绝缘材料的失效。智能监测系统通常集成了先进的传感器和数据采集模块，这些设备能够以每秒钟数十次的频率记录数据，并通过物联网技术将信息传输到中央监控平台。当局部放电电流超过10 mA时，系统会自动发出警报，提示维护人员进行检查。这种及时的预警机制大大降低了设备故障的风险，提升了运维效率[3]。故障诊断系统还可以结合机器学习算法，通过对历史数据的分析，预测设备的健康状态和剩余使用寿命。综上所述，智能监测与故障诊断系统的构建增强了光伏发电用干式变压器的安全性和可靠性，更为其高效运行提供了强有力的技术支持。

结束语：

本文探讨了光伏发电用干式变压器关键技术，这些技术的进步有效提升了干式变压器的性能和可靠性，还为光伏发电系统的高效运行提供了坚实保障。展望未来，随着材料科学和智能技术的不断发展，干式变压器将在更高效、更环保的方向上持续演进。通过进一步的技术创新和应用，光伏发电必将为全球能源转型与可持续发展做出更大贡献，助力实现低碳经济的目标。

参考文献：

[1]孔令斌,张瑶涵,叶彪.光伏发电用干式变压器关键技术探究[J].电气技术与经济,2024(03):51-53.

[2]武祥申,周启峰.干式短路试验变压器绕组温升计算研究[J].今日制造与升级,2023(12):63-66+108.

[3]张灵.干式变压器振动特性研究及其故障诊断[D].浙江科技学院,2023.