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摘要：在风力发电场中包含了多种风力发电设备，变压器作为一种重要的设备，对风力发电的稳定性和安全性产生直接的影响，对此人们在风力发电场建设运行中需要科学分析不同的主变压器型号和性能。对变压器的特点、出力曲线、系统设计方案等进行综合分析对比，以此选择出经济性强、技术性好、性价比高、操作安全的变压器，并根据其特点确定最佳方案，对此，本文主要介绍风力发电场主变压器选择及优化设计，重点阐述了风力发电场主变压器选择及优化设计、技术要求、具体应用案例，旨在为相关部门提供指导和帮助。
关键词：风力发电厂；主变压器；选择；优化设计
引言：
我国地域面积辽阔，风能资源较多，发展潜能大，随着科学技术的发展，我国风力发电技术也不断发展，风力发电系统越来越完善，已经被广泛应用到了风力发电场中，在风力发电场中电力变压器是一种常见、应用较为频繁的电能转化电气设备。该设备可以有效在风机和风电场升
压站间线路运行中发挥自身的作用，可以有效降低电能损耗，节约资源，在一般情况下，当风力发电机发出一定功率的电压和电能后，可以通过电力变压器对电压进行升压处理，通过输电线路运输到风电场内的升压站中，促使风力发电场可以平稳的运行。
•风电场风力变压器选择和优化设计的意义
当前我国加强了风力发电场的投资建设力度，并加强了对风力发电系统的研发和改进，为我国输变电生产制造行业带来较大的发展机遇，风电场风力变压器作为风力发电系统中的一种重要的输变电设备，其也需要进行优化改进。该变压器可以对电能进行优化转化，随着风力发电系统的推广和应用，越来越多的电力变压器被应用到了系统中，促使设备总容量不断增加，导致系统在运行中损耗增加。且因为变压器材料主要是硅钢片、绕组铜导线、铜箔，其制作成本高、设计难度大，对此需要人们对变压器进行优化设计，并科学选择其型号，确保其技术参数符合要求，确保性能符合国家标准，并满足用户需求。另外，为了确保变压器可以安全、稳定运行，人们还需要对电力变压器的运行工况、使用条件、设计过程、原理等进行研究和分析，创建优化设计模型，通过科学的方法进行对比分析、解决，由此得出优化设计方案，并降低制造成本。总之，通过优化设计也可以有效提高风能利用率，可以有效推广
深圳福田邮编和利用清洁能源，有效控制整个电网中的电能损耗，并保证产品的设计质量和效率，确保变压器运行更加稳定，最终推动风力发电系统的不断发展。在优化设计的同时，人们还需要科学选择风力发电场电力变压器，当前随着人们研究的深入进行，一些专家提出将信息技术应用到该学科中，通过理论和实践的结合提出了多种优化设计方法。比如，遗传算法、粒子算法、人工神经网络算法等，将这些方法应用到变压器选择和优化设计中可以有效发挥作用，选择和设计出人们最满意的电力变压器产品[1-2] 。
•风电场电力变压器的特点和技术要求
当前在风力发电场中选择的电力变压器主要是组合式结构设计变压器，变压器的外形、高低压控制箱总体呈现出品字形或者目字形，以此组合式排列在一起，具体选用品字形结构或者目字形结构取决于现场安装位置条件，其中低压控制箱和风力发电机出线端连接。但是因为风机和风电场电力变压器连接下的输电线路在运行的过程中容易因为连接问题出现各种相间短路故障，而风力发电机在设计时就考虑了自动保护装置，可以确保变压器在故障情况下不受影响，在具体保护中人们需要在变压器保护装置一侧设置刀熔开关。为了确保变压器运行状况良好，设计人员还需要在高压侧安装限流器和负荷控制开关，考虑到高压侧的电压等级
高，且高压电网侧由于直接连接变压器易受高压输电线路冲击影响，人们还需要在变压器的高压侧安装避雷装置。
•运行特点
•过载时间短。因为发电机本身的容量小，在风速较大的情况下，风机会因为超过额定容量，促使风机中的自动保护装置发生动作，限制风机高速运行或者暂停运行，在此状态下和风机直接连接的变压器也会低负荷运行，最终导致风电场电力变压器总体过载时间较短。第二，空载时间长。因为风力发电厂在生产运行中会受到不同等级风能的影响，会随着季节性变化，出现运行不稳定性，且在无风或者低风速天气下，风力发电机会因为动力不足暂停运行，此时自动保护装置也会停止运行。但是因为风力发电厂被变压器的高压侧直接和电网连接，此时变压器呈现出空载状态导致空载损耗加剧，通过对以往的运行数据进行分析发现，风力发电系统运行状态不稳定时变压器平均负载率会迅速降低，对此人们在选择变压器时尽量选择空载损耗更低的变压器。第三，变压器结构设计强度要求高[3] 。人们在建设风力发电场时一般会选择在风能资源丰富、地势平台高的高原、戈壁地区，离开陆地的海上等地区，这些地区环境复杂，对电力变压器的结构设计的专业性和功能要求高，其具体的结构设计如下图1所示：
图1 变压器结构设计原理
•技术要求
对于风力发电场风电机组建设而言，人们在选择和优化设计时会考虑成本因素，一般不会将变压器设置在塔筒外，会选择综合处理的方法，当前风力变压器的设计技术要求如下所示：
第一，发热量小。风力发电场本身受季节影响较强，变压器空载时间长，对此人们需要在设计时降低其空载损耗，一般需要科学选择其装置位置，确保其可以有效散热，保证其在负载状态下也可以高速运行。第二，耐候性和抗风化和腐蚀性强。在风力资源丰富的沿海地区中气候环境恶劣，在变压器运行中容易受到气候环境的影响，导致变压器受到破坏，且人们在安装发电机时如果没有安装保护装置，也会导致变压器因为暴晒和腐蚀导致运行故障问题的出现。第三，变压器重量轻，形状小，机械强度等级高，整体美观，易于安装和操作。考虑到变压器的安装空间面积较小，且排列呈现不规则形状，人们在选择变压器时需要考虑电气设备之间的安全空间和机组单位容量、重量等因素。在具体设计时也需要确保其体积和外形娇小，保证其重量符合要求。一般情况下，风机组在设计时需要根据其距离考虑不同的运输和吊装方法，确保整个过程顺利进行，避免产生各种碰撞和振动的问题，有效提高变压器的机械强度。第四，变压器技术特点。在一些风力发电场内，风电机组运行时会受到交通条件和自然环境的影响，且日常检修和维护难度大，会耗费大量的人力和物力、财力等，大规模的检修也会导致机组长时间停运，严重影响机组的整体运行效率。对此在选择电力变压器时需要选择经济、可靠、安全的变压器产品，并从多个角度进行设计，一般对于负荷开关和变压器连接部位需要选择分箱结构形式[4] 。箱体的结构和体系都需要符合国家标准，以此减少
整体尺寸面积，并保证箱体密实性达标，且在高压电缆接线设计时需要遵循一进一出的原则，在变压器上安装散热片，并在散热片周围设置防护装置，有效发挥其防碰撞保护功能，避免变压器出现各种漏油情况，其具体的箱体结构图如下图2所示所示：
图2 变压器箱体结构
三、风力发电场主变压器选择及优化设计
（一）变压器冷却方式
不同的变压器冷却方式各不相同，其可以分为油浸式变压器和干式变压器、气体变压器等，其中油浸变压器体积小、耐压等级高、散热性能好，但是其在长时间使用下会发生漏油问题，且在高温故障下会出现各种喷油和燃烧的情况，不仅耗能大，也会污染环境，一般情况下谨慎选择。其中干式变压器运行安全、内部干净、那阻燃、维护简单、抗短路性能强，但是其体积大、安装难度高，其中的气体式变压器需要使用冷却和绝缘介质，该气体是无毒无味的不燃烧气体，结构和第一种相同，该结构的变压器有效克服了前两种缺点，可以有效进行维护，对此人们可以有效采用这种类型的变压器。
（二）散热片保护方式
当前风力发电场电力变压器内部箱体可以分为三种：散热器、油箱、前室，其中散热器需要重点保护，一般人们会将风力风机变压器安装在靠近沿海地区的野外，其工作环境恶劣，容易受到人为活动的影响。为了有效保护散热器不被人为破坏，人们需要做好各种保护措施，一般需要在散热器周围设置防护罩，对于防护罩材料主要是钢板，采用该材料有效包裹住散热器，该方法不仅可以有效发挥防碰撞功能，也可以有效满足其散热功能，对此人们需要科
学设计其箱体和防护罩。
•负荷开关分箱的结构设计
考虑到风力发电场电力变压器的运行环境和操作条件要求，人们需要对负荷开关和变压器进行分箱结构设计，具体可以从以下两个方面进行设计：第一，将电力变压器和出线端和主变线路进行连接，其中变压器负荷开关主要进行开挂控制，在采用普通组合式的变压器时，人们需要确保负荷开关操作效率更高；第二，在变压器运行时，其内部负荷开关在操作的过程中会产生电弧，导致绝缘油出现老化和积碳问题，严重影响变压器本身的绝缘效果，对此人们在设计时可以在变压器内部设置固定油箱，对于该油箱需要和变压器本身的油箱隔离开来，进行独立设计，确保变压器运行稳定[5] 。
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