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第章第三章（4）风电场电气系统设计风电场电气系统设计韩爽，刘永前华北电力大学华北电力大学2014/9/2风力发电场（Ch3.4）主要内容要内容电气次电气一次电气二次电气次2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次设计依据设计依据1.《风电场可行性研究报告编制办法》发改能源[2005]899号；2.《风力发电场运行管理规定》电力工业部电政法[1994]461号；3.《国家电网风电场接入系统管理规定》修订版国家电网发展（2009）327号；4.《电网调度管理条例》中华人民共和国国务院令第115号；4.《电网调度管理条例》中华人民共和国国务院令第115号；5.《35～115kV无人值班变电所设计规程》DL/T5130-1999；6.《建筑物防雷设计规范》GB50007-1994；《继电保护及安全自动装置自动规程》7.《继电保护及安全自动装置自动规程》GB14285-2006；8.《供配电系统设计规范》GB50052-1995；9.《变电所总布置设计技术规程》DL/T5056-2007；所布术程10.《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997；11.《交流电气装置的接地》DL/T621-1997；2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次12《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137200112.《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137-2001；13.《6～35kV箱式变电站订货技术条件》DL/T537-1993；14.《多功能电能表》DL/T614-2007；交流采样终端技术条件15.《交流采样运动终端技术条件》DL/T630-1997；16.《电力系统通信设计技术规定》DL/T5391-2007；17.《远动设备及系统第五部分：传输规约，第101篇：基本运动任务配套标准》DL/T634-1997；18.《远动设备及系统第五部分：传输规约，第103篇：继电保护信息接口配备标准》DL/T667-1999；19《电子设备雷击导则》GB745019.《电子设备雷击导则》GB7450；20.《不间断电源设备》GB7260；21.《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》国电公司国电发[2000]589号；22.《十八项电网重大反事故措施》[2005]400号；23.《电力工程电缆设计规范》GB50217。2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次根据在电能生产过程中的整体功能，风电场电气一次系统可以分为4个主要部分气次系统可以分为4个主要部分风电机组集电系统升压变电站升压变电站厂用电系统2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次风电场电气主接线风电场升压变电站电气主接线风电场升压变电站电气主接线主要电气设备选择过电压保护及接地照明设备电气设备布置电气设备布置2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分部分影响电力系统的整体性和风电场、变电所运行的可靠性、灵活性以及经济性对电气设备选择配电装置布置继电保护和对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式有较大影响2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次发电厂主接线设计的基本要求可靠性可靠性灵活性经济性2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次可靠性（1）任一断路器检修时，尽量不会影响其所在回路供电（2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部二级负荷或大部分二级负荷的供电（3）尽量减小发电厂、变电所全部停电的可能性2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次灵活性（1）调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，灵活调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度要求（2）检修时可以方便地停运断路器母线及其继电保护设（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修不致影响电力系统的运行和对用户的供电（3）扩建时可以容易地从初期接线过渡到最终接线在不（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次系统的改建工作量最小2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次经济性（1）投资省1）主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次电气设备2）继电保护和二次回路不过于复杂以节省二次设备和控制电缆2）继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆3）采取限制短路电流的措施，以便选取价格较低的电气设备或轻型电器（2）占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量减少占地面积（3）电能损失少。电能损耗主要来自变压器，合理地选择主变压器的种类、容量、数量2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次风电场电气主接线设计包括四个部分风电机组与箱式变压器间的电气接线风电机组与箱式变压器间的电气接线风电机组分组与连接方式箱变高压侧电压等级选择风电场集电线路方案风电场集电线路方案2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次风电场电气主接线风力发电机组与箱式变电站的组合方式一机一变箱变在风电机组20米以内布置10kV或35kV2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次风电场电气主接线风电机组分组与连接方式风电机组分组与连接方式集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来位置就近原则，每组包含的风电机组数目大体相同每一组的输出一般可由电缆线路直接并联汇集为一条10kV或35kV架空线路输送到风电场升压变电站分组后机组的连接方式总体可分为辐射形环形和星形三种目前分组后机组的连接方式，总体可分为辐射形、环形和星形三种，目前应用最广的是辐射形连接，其操作简单且成本较低；环形连接能提供冗余，提高系统可靠性2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次风电场电气主接线箱变高压侧电压等级选择箱变高压侧电压等级选择风电机组出口电压为0.69kV,箱式变压器将电压升高至10kV或35kV10kV或35kV根据风电场规模对两种电压等级进行技术经济比较，确定合理的集电线路电压等级尽可能优化成本和可靠性定合理的集电线路电压等级，尽可能优化成本和可靠性2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次风电场电气主接线集电线路方案集电线路方案地埋电缆和架空线架空线路投资成本较低但在风电场内需要条形或格形架空线路投资成本较低，但在风电场内需要条形或格形布置，不利于设备检修，也不美观采用直埋电力电缆敷设风电场景观较好但投资较高采用直埋电力电缆敷设，风电场景观较好，但投资较高2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次电场升压变电站电气主接线风电场升压变电站电气主接线升压变电所电气主接线方案-单母线、双母线说电场程与电的计量点位置绘制电场升压变电所电说明风电场工程与电网的计量点位置，绘制风电场升压变电所电气主接线图选定升压变电所自用电源电压等级和连接方式选定升压变电所自用电源电压等级和连接方式根据风电场接入系统的要求和结论，提出无功补偿及系统稳定的措施措施对分期建设的风电场，说明风电场分期建设和过渡方案，以适应分期过渡的要求，同时提出可行的技术方案和措施分期过渡的要求，同时提出可行的技术方案和措施2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次主要电气设备选择短路电流计算短路电流计算的目的是选择电气设备时，确定电气设备的额定断流容量，并校验电网内现有设备遮断容量的适应能力。根据标幺制法计算短路电流，并绘制短路电流计算结果表。计算短路电流，并绘制短路电流计算结果表。叙述短路电流计算基本资料，列表提出短路电流计算成果，包括短路点、短路点平均电压、短路电流周期分量起始值(有效值)、全电流最大有效值、短路电流冲击值、起始短路容量等主要电气设备选择选定主要电力设备提出主要电力设备和风电机组的型号或型式规选定主要电力设备提出主要电力设备和风电机组的型号或型式、规格、数量及主要技术参数2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次发电机笼型异步风力发电机笼型异步风力发电机永磁同步直驱式风力发电机交流励磁双馈式感应风力发电机无刷双馈式风力发电机无刷双馈式风力发电机2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次变压变压器两级升压结构风电机组和机端变压器采用单元接线方式，变压器容量按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后留10%的按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留10%的裕度确定升压变电站中升压变压器的选择，要考虑事故及检修时的备用，变电站一般选用两台主变；由于风电的成本较高，有时单台主变容量按照100%的发电容量计算主变压器选用油浸式有载风冷调压变压器2014/9/2风力发电场（Ch3.4）主变压器选用油浸式有载风冷调压变压器电气一次电气次关备开关设备断路器隔离开关熔断器熔断器接触器2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次互感器起电压和电流变换作用的传感器起电压和电流变换作用的传感器互感器分为电流互感器（TA或CT）和电压互感器（TV或PT）（TV或PT）电流互感器串接于一次系统的电路中，将大电流变为小电流电压互感器并接于一次系统的电路中，将高电压变换为低电压2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次载流导体可由铜、铝、铝合金或钢材料制成，多数载流导体可由铜、铝、铝合金或钢材料制成，多数载流导体一般使用铝或铝合金材料分为硬导体和软导体两大类分为硬导体和软导体两大类对于220kV及以下的配电装置，可根据负荷电流选择导线截面积。导线的结构形式可采用单根钢芯铝绞线或由钢芯铝绞线组成的复导线绞线或由钢芯铝绞线组成的复导线2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次厂用电系统设计维持风电场正常运行及安排检修维护和风电场运行维持风电场正常运行及安排检修维护和风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等根据《风电场电气设计规范》风电场厂用电系统根据《风电场电气设计规范》，风电场厂用电系统应采用三相四线制，系统的中性点直接接地，系统额定电压为380/220V2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次厂用电系统设计厂用电系统设计220kV及以下升压变电站，从主变压器低压侧引接不少于1路厂用工作电源，并引接1回外来电源，厂用变压器应互为备用工作电源，并引接1回外来电源，厂用变压器应互为备用330kV及以上升压变电站，有2台及以上主变压器时，从其低压侧引接2路厂用独立工作电源，且可互为备用。同时需要有一回可靠引接路厂用作为备用同时需要有靠的外来电源作为备用电源集（监）控中心厂用电至少应有2路分别来自不同母线或独立电源厂用变压器的容量或单回路供电容量应满足升压变电站、集（监）控中心厂用电负荷的需要北方偏远地区、气象环境特别恶劣地区可设置其它备用应急电源2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电气次过电压保护及接地直击雷保护风电场防雷保护充分利用风力发电机组本身的防雷装置，风力发电机组机舱、塔架与接地网可靠相连；箱式变电站布置在风力发电机组塔架塔架与接地网可靠相连；箱式变电站布置在风力发电机组塔架的保护范围之内。雷击路线：雷击（叶片）接闪器—（叶片内腔）导引线—叶片根部—机舱主机架—专设（塔架）引下线—接地网引入大地变电站防雷保护利用进线架空避雷线配电装置上的避雷针进行直击雷保护利用进线架空避雷线、配电装置上的避雷针进行直击雷保护；装设独立避雷针。2014/9/2风力发电场（Ch3.4）电气一次电