三一重能陈湘泉：箱变上置到机舱的设计及价值优势

2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

在15日下午召开的关键部件技术创新分论坛上，三一重能股份有限公司研究院副院长陈湘泉发表《箱变上置到机舱的设计及价值优势》主题演讲。

以下为发言实录：

陈湘泉：各位领导各位同行专家，汇报一下箱变上置和价值优势，今天上午我在另外一个论坛上发言讲了风电未来五年的发展趋势，因为未来五年的话，风电应该会出现一个2024年出现抢潮比今年的量增加50%大概是这样一个状态，至少50%。整个的风电行业的发展可能会带来一些革命性的挑战，这个挑战是什么？就是风电的度电成本我估计三年五年之后必须下降三分之一以上，也意味着到那个时候的时候，南方的话平价上网要做到五米的风速，非常低，现在能开发最低的风速，在南方实现平价上网这样面临的挑战，怎么降低度电成本，其实很好的一个方面就是实现箱变上置，一个是箱变上置的概念，第二我们箱变上置怎么设计，箱变和高压柜技术选型，还有总结。

左边是一个传统的方式，箱变我在塔筒的旁边搞一个混凝土的基础，把箱变放在上面，电脑上下连接，放在底上去，通过这样的一个设计这是两种不同的思维路线。箱变上置在国外是非常普遍的，在欧美国家搞箱变上置十几年了，而中国从2005年风电刚开始，到现在中国的主机厂全是放在地面，放在地面两种不同的设计，现在我们回过头来再思考，为什么这个箱变放在地面不太合适，该放到上面去了，我讲一下为什么放到上面去这一些想法。

这是我们典型的4兆瓦平台风机在我们三一展台上，4.5兆瓦实物，这是我们主要的参数，所以我们把箱变放到机舱上面，重量并没有增加这个重量一般跟以前传统的那种设计重量是差不多的，这样的话并不会增加我们的吊装费用吊装成本。这个箱变上置的结构，这是我们风机的结构，在展会上看得到，我们把箱变放在机舱的尾部，隔离开，箱变放到上面，变流器放到机舱顶上去。箱变上置之后，箱变的重量大概接近10吨，箱变加变流器全部加起来10吨左右，机舱的重量增加10吨，我们保证风机是否安全做相应的评估，风机的总重量叶轮的重量，加机舱的重量，加起来200多吨，10吨重量增加5%，对风机总载荷值很小，对风机运行的时候最大的一个推力500甚至一千以上，跟它相比可能1%左右，那么这意味着我把箱变变到机舱顶上去，对我风机基础的载荷，基本上可以忽略，箱变上置不会增加我们基础的造价，这个基本不需要考虑。

针对箱变上置放到尾部，放在最后面位置，机头距离大概，大概十四十五米左右，很长我们做一个相关的结构设计，这个要做一些结构设计来保证，通过工况进行计算，钢结构都是安全可靠的，包括各种分析，保证可靠，要保证安全。还一项关注箱变，箱变能量转换效率达99%，还有几十千瓦的热量需要带出去，一般放在机舱上面的箱变和地面的箱变是有差异的，我们放在地面的箱变一般采用油变，这个油变的话，润滑油渗漏会污染土壤，每年都要检查隔几年检查润滑油，我们放在上面是采用干湿变压器，定检少很多，不会有这样的问题。

箱变上置之后相应的有些人关注到是否存在一些火灾一些隐患之类的相关的设计，那么在这块我们做了充分的考虑，另外我们在机舱加装很多自动消防的系统，来确保这个机舱是安全的。关于人身安全这一块，箱变上置之后，它的电压凑69升到35千伏，为了保障安全，所以我在尾舱专门搞一个箱变隔离室人不会进入到35千伏区域去，确保他的安全，对于从机舱顶上到塔筒底部没有任何的接头，完整的电缆没有接头保证安全，塔筒底部箱变拆分，箱变放到机舱底，高压柜是分开的，塔筒最底下塔筒里面，这样的话我们就在高压柜的旁边我们也做了相应的隔离网，避免人靠近这个35千伏高压的一个区域。

风机调动，我们重量138吨一白米以下的塔筒，800吨就够了，跟行业主流4兆瓦平台，800吊，这样就避免重复几次，这样可以最大限度节省我们的吊装费用。吊装场地尽量控制的比较小，最大限度减少克服征地的面积。

变压器的设计方案，这个是采用干式变压器的设计。现在变压器都是定做的，对应的一些行业主流使用的变压器都是主流的，这个技术都很成熟，国内国外做箱变，经过几百年的发展，技术非常成熟，也不会有问以前我们早期在2005年左右，风电起步大家担心箱变发生火灾绘出什么故障，现在技术基本上不会存在，不会有问题。对应的高压柜我们做相应的设计选型，这个也能够满足我们相关的一些设计要求，保障相应的安全。也是比较成熟的一个产品。对于高压柜尺寸大小的控制，从塔筒底部能够放进去拿出来，包括一些零部件的维修，这些空间都是要考虑的，确保能够非常简便运维。这是对应的一些高压柜的工作环境范围，零下40度零上40度都可以正常工作。

高压柜下置和上置，十一根电缆总长400米左右，这个成本还是很高的，一台风机需要20多万电缆的费用，这个电缆是风电场的投资方他们要掏二三十万电缆的费用，放到机舱顶上，变一个小电缆就够了，这个能够节省几十万一台风机的费用，塔筒的电流从原来的五千安培下降七千安培，我电缆下降原来五分之一，所以电缆自身的损耗大幅降低，可以下降79千瓦左右，总功率的1.75，这意味着箱变上去了。这是箱变放到下面所需要征的地，20平方，挖坑建设，总共的费用要两三万，上置这些都可以省掉了。

基础的施工下置基础施工7到8天，养护7到8天，塔筒的电缆变化外面，30几根电缆施工需要三到五天施工完，箱变上置一根电缆，包括后续箱变的安装，上置会大幅度的减少。在机舱的偏航轴承总风机偏航，电缆它会扭转，到两圈半左右，这个电缆箱变30多个电缆集中在一起，这个地方很容易产生高温，而且电缆之间会产生摩擦发生，一根电缆，这些安全风险都可以得到有效的避免。

同样包括运维，运维方面也会变得简单很多，运维放在外面，风沙雨雪故障非常麻烦，包括操作，捣乱搞破坏，产生安全隐患，下置麻烦的地方，油式变压器换油漏油包括污染环境，在国外的话，欧美主流的国家它都是把箱变放到上面，中国风电行业，真正发展起来我们必然走出国门走出国门，中国风电行业普遍走出国门的时候，箱变上置这是绕不开的坎，未来箱变还是要放到上面去。

这是典型的箱变放到地面带来的一些麻烦，发洪水把箱变淹了，下暴雪箱变埋了，风沙石子跑到箱变里面去。基本上据我了解全国的风电场中每年都会发生有叶片冰块熔化把箱变砸坏。箱变上置就不用担心这个问题。

最后总结一下，从箱变放到机舱顶上，首先节省电缆超过20万块钱一台，还有包括我们基础的施工可以减少土地的征用，节约土地资源，然后一台可以省两三万，节省七八千瓦施工建设变得更加简单变得容易，箱变上置最起码可以让风机十天发电，每天电费加上两万块钱，十天就是二十万，这个也很客观的，我就汇报到这里。

（根据速记整理，未经本人审核）