精选总结-风电场变电站结构和主要设备功能介绍

风电场变电站结构和主要设备功能介绍 2013年2月 第一部分 风电场变电站总体概述第二部分 风电场变电站重要设备 系统功能介绍 培训内容介绍 风电场变电站综合楼 风电场变电站示意图 风电场变电站在电力系统中位置示意图 变电站一次图 风电场变电站监控画面 风电场变电站主控室 风电场变电站户内配电装置 风电场变电站户外配电装置 风电场变电站继保室 第一部分 风电场变电站总体概述 风电场变电站综合楼 把一些设备组装起来 用以切断或接通 改变或者调整电压的场所叫做变电站 风电场变电站主要装设有变压器 配电装置 无功补偿设备和控制设备等 用以升高电压 控制风力发电机组发出电力的汇集和输送 风电场变电站示意图 风电场变电站在电力系统中位置示意图 风电场变电站监控画面 风电场变电站主控室 主控室 对全场的主要电气设备 如风力发电机组 主变压器 站用变压器 35kV配电装置 无功补偿装置等 实行远方集中监视 控制 调节 测量 信息采集和记录 采用集中控制时 相应的继电保护 自动装置等安装在主控室或继保室 风电场变电站户内配电装置 户内配电装置是将常规的断路器 隔离开关 接地刀闸 电压互感器 电流互感器 避雷器等电气设备安装在建筑物内 并用金属导体将各个电气设备适当连接起来 构成一个整组的配电装置 风电场目前主要使用GIS SF6封闭式组合电器 即气体绝缘金属封闭开关设备 GasInsulatedSwitchgear 简称GIS 它将断路器 隔离开关 接地开关 电压互感器 电流互感器 避雷器 母线 电缆终端 进出线套管等 经优化设计有机地组合成一个整体 风电场变电站户外配电装置 风电场变电站继保室 变电站继保室用来安装继电保护 监控 安全自动装置 通讯等相关设备的房间 主要包括远动通信柜 网络设备柜 全站时间同步系统柜 GPS柜 故障录波器柜 智能辅助控制柜 电度表柜 公用测控柜 保护测控装置柜 电源柜 直流 UPS 等 风电场变电站主变压器 风电场变电站站用变压器 接地变压器 风电场变电站SF6全封闭组合电器 GIS 风电场变电站无功补偿系统 风电场变电站防雷接地系统 风电场集电线路 风电场送出线路 风电场变电站继电保护 风电场变电站直流系统 风电场变电站综合自动化系统 第二部分 重要设备 系统功能介绍 风电场变电站主变压器 变压器是一种电能转换装置 它以相同的频率 但往往是不同的电压和电流把能量从一个或多个电路转换到另一个或多个电路中去 它由铁芯和绝缘铜线或铝线绕组组成 风电场变电站主变压器 升压 三相 双绕组 多数 有载调压 多数 油浸式变压器 变压器组成部分 风电场变电站主变压器 变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种 外绝缘指的是油箱外部的绝缘 主要是一次 二次绕组引出线的瓷套管 它构成了相与相之间和相对地的绝缘 内绝缘指的是油箱内部的绝缘 主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等 绕组绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两种 主绝缘指的是绕组与绕组之间 绕组与铁心及油箱之间的绝缘 纵绝缘指的是同一绕组匝间以及层间的绝缘 风电场变电站主变压器 风电场变电站主变压器 常用变压器型号 SFZ11 100000 110 S 三相Z 有载调压F 风冷式11 性能参数100000 容量10万kVA110 一次侧电压110kV SFZ10 100000 110 SFZ 50000 110 SZ10 100000 220变压器主要技术参数 额定电压 额定电流 额定容量 空载电流 空载损耗 负载损耗 阻抗电压 接线组别 绝缘等级 风电场变电站主变压器 额定电流 变压器一 二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一 二次绕组长期允许通过的线电流 单位以A表示 阻抗电压也称短路阻抗 表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗 用试验求取的方法为 将变压器二次侧短路 在一次侧逐渐施加电压 当二次绕阻通过额定电流时 一次绕阻施加的电压Uz与额定电压Un之比的百分数 即 Uz Uz Un 100 变压器的短路阻抗值百分比是变压器的一个重要参数 它表明变压器内阻抗的大小 即变压器在额定负荷运行时变压器本身的阻抗压降大小 它对于变压器在二次侧发生突然短路时 会产生多大的短路电流有决定性的意义 风电场变电站主变压器 空载电流 变压器一次侧施加 额定频率的 额定电压 二次侧断开运行时称为空载运行 这时一次绕组中通过的电流称空载电流 它仅用于产生磁通 以形成平衡外施电压的反电动势 因此空载电流可看成也就是励磁电流 变压器容量大小 磁路结构和硅钢片的质量好坏 是决定空载电流的主要因素 空载损耗 空载电流的有功分量为损耗电流 由电源所汲取的有功功率称空载损耗 忽略空载运行状态下一次绕组的电阻损耗时可称为铁损 因此空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗 可见变压器在空载状态下的损耗主要是铁心中的磁滞损耗和涡流损耗 因此空载损耗也叫铁损 单位为W或kW 它表征了变压器 经济 性能的优劣 变压器投运后 测量空载损耗的大小与变化 可以分析变压器是否存在铁心缺陷 风电场变电站主变压器 短路损耗也称负载损耗 短路损耗变压器二次侧短接 一次绕组通过额定电流时变压器由电源所汲取的 亦即消耗的 功率 单位为W或kW 负载损耗 电阻损耗 附加损耗 其中 附加损耗包括绕组涡流损耗 绕导线的环流损耗 结构损耗和引线损耗 而电阻损耗也称铜损或铜耗 因此短路损耗又叫铜损 空载损耗与所带负载大小无关 只要一通电 就有空载损耗 负载损耗与所带负载大小 温度有关 变压器性能参数中的负载损耗是额定值 也就是在室温下流过额定电流时所产生的损耗 连接组别 表示变压器各相绕组的连接方式和一 二次线电压之间的相位关系 风电场变电站主变压器 风电场变电站站用变压器 接地变压器 站用变 提供变电站内的生活 生产用电 为变电站内的设备提供交流电 如保护屏 高压开关柜内的储能电机 SF6开关储能 主变有载调机构等 需要操作电源的 接地变 对于35kV电网 变压器绕组通常采用 接法 无中性点引出 接地变是人为的制造一个中性点 用来连接接地电阻 消弧线圈 当系统发生接地故障时 对正序负序电流呈高阻抗 对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作 风电场变电站站用变压器 接地变压器 三相电网各相导线之间及各相对地之间 沿导线全长都分布有电容 当电网中性点不是直接接地时 单相接地相的对地电容为零 另外两相的对地电压升高到 3倍 相电压升高并未超过安全电压设计的绝缘强度 但是会导致其对地电容的增加 单相接地时电容电流为正常运行时一相对地电容电流的3倍 当该电容电流较大时 较易引起间歇电弧 对电网的电感和电容的震荡回路产生过电压 其值可达2 5到3倍的相电压 变电站采用的接地变压器有两个用途 1 供给变电站使用的低压交流电源 2 在35kV侧形成人为的中性点 同消弧线圈相结合 构成消弧线圈接地系统 用于35kV发生接地时补偿接地电容电流 消除接地点电弧 同接地电阻相结合 构成小电阻接地系统 用于35kV发生接地时 产生足够大的零序电流 使保护可靠动作 风电场变电站站用变压器 接地变压器 接地变压器一次采用Z型接线 或称曲折型接线 即每一相线圈分别绕在两个磁柱上 当系统发生接地故障时 在绕组中将流过正序 负序和零序电流 该绕组对正序和负序电流呈现高阻抗 而对零序电流来说 由于在同一相的两绕组反极性串联 其感应电动势大小相等 方向相反 正好相互抵消 因此呈低阻抗 使接地保护可靠动作 风电场变电站站用变压器 接地变压器 接地变压器ZNyn11接线 风电场变电站SF6全封闭组合电器 风电场变电站SF6全封闭组合电器 高压开关设备按其绝缘可分为三种类型 空气绝缘的敞开式开关设备 AIS 气体绝缘金属封闭开关设备 GIS 混合技术开关设备 MTS HGIS MTS是继AIS和GIS之后出现的特别适用于超高压和特高压的开关设备 相对GIS H GIS 或MTS 只将一相断路器 隔离 接地开关 CT等集成为一组模块 整体封闭于充有绝缘气体的容器内 而对发生事故机率极低的母线 则采用常规方式 敞开式 进行布置 也就是说H GIS是一种不带充气母线的相间空气绝缘的单相GIS 因而使得现场结构清晰 简洁 紧凑 安装和维护方便 运行可靠性高 风电场变电站SF6全封闭组合电器 气体绝缘金属封闭式组合电器的英文全称为GaslnsulatedSwitchgear 其缩写为GIS 它是由断路器 隔离开关 快速或慢速接地开关 电流互感器 电压互感器 避雷器 母线以及这些元器件的封闭外壳 伸缩节 出线套管等组成 内部充入一定压力的SF6气体作为GIS的绝缘和灭弧介质 所谓的GIS 就是指充SF6气体的气体绝缘金属封闭式组合电器 SF6组合电器它可以是单路的 也可制造成多回路的 它一般还具有防跳跃保护装置 非同期保护装置 操动油 气 压降低及SF6气体压力降低的闭锁装置和防慢分慢合装置 风电场变电站SF6全封闭组合电器 SF6作为一种绝缘气体 具有很多优点 是一种无色 无味 无毒 不可燃的惰性气体 并有优异的冷却电弧特性 特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较高的冷却效应 避免局部高温的可燃性 SF6气体的绝缘性能远远超过传统的油 空气绝缘介质 其用于电气设备中 可以缩小设备的尺寸 提高设备绝缘的油 空气绝缘介质 其用于电气设备中 可以缩小设备的尺寸 提高设备绝缘的可靠性 其缺点是在电弧放电时分解形成硫的低氟化合物不但有毒 且对某些绝缘材料和金属具有腐蚀作用 风电场变电站SF6全封闭组合电器 GIS内部相同压力或不同压力的各电器元件的气室间设置的使气体互不相通的密封间隔称为气隔 设置气隔有以下好处 可以将不同SF6气体压力的各电器元件分隔开 特殊要求的元件 如避雷器等 可以单独设立一个气隔 在检修时可以减少停电范围 可以减少检修时SF6气体的回收和充放气工作量 有利于安装和扩建工作 风电场变电站SF6全封闭组合电器 GIS中断路器与其他元件为什么必须分为不同的气室 由于断路器气室内SF6气体压力的选择要满足灭弧和绝缘两方面的要求 而其他电器元件内SF6气体压力只需要考虑绝缘性能方面的要求 两种气室的SF6气压不同 所以不能连为一体 断路器气室内SF6气体在电弧高温作用下可能分解成多种有腐蚀性和毒性的物质 在结构上不连通就不会影响其他气室的电器元件 断路器检修的几率比较高 气室分开后 要检修断路器时就不会影响到其它电气的元件气室 因而可缩小检修范围 风电场变电站SF6全封闭组合电器 气隔单元划分一般原则 按所充SF6气体压力 在20 时 断路器与电流互感器额定压力0 5MPa 报警压力0 45MPa 闭锁压力 0 40MPa 电压互感器 避雷器电压互感器 额定压力0 40MPa 报警压力0 35MPa避雷器额定压力0 40MPa 报警压力0 30MPa其它气室额定电流2000A及以下额定压力0 40MPa 报警压力0 30MPa额定电流3150A及以下额定压力0 50MPa 报警压力0 40MPa 风电场变电站SF6全封闭组合电器 风电场变电站SF6全封闭组合电器 GIS采用分散控制后 SF6监控装置直接安装在每个气隔单元上 即SF6密度计 SF6密度继电器报警带有SF6压指示和报警触头的SF6密度继电器 在密度计上直接读出所连接气室的SF6压力 而通过引线将报警触点接入就地控制柜 当气室内SF6气体降低时 则通过控制柜上光子牌指示灯发出SF6压力降低报警信号 若是断路器室SF6压力降低的报警信号则还会报出断路器操作闭锁信号 风电场变电站SF6全封闭组合电器 GIS设备的运行规定 运行中GIS所属机构箱 现场汇控柜内加热驱潮器应始终投入 现场汇控柜门应关紧 运行中禁止打开或关闭GIS气体管路的任何阀门 GIS因故障造成大量SF6气体泄漏时 要注意远离泄漏点 站在上风口 必要时带防毒面具 穿防护服 在GIS上正常操作时 任何人禁止触及外壳 并保持一定距离 风电场变电站SF6全封闭组合电器 对SF6全封闭组合电器的技术要求 应保持SF6气体在规定的压力下 它的绝缘水平才能保证 因此必须对气压经常巡检 金属铠装全封闭组合电器 必须分成几个气密封间隔 以免由于漏气而造成大范围的停电 同时 由于内部局部故障而把故障区域扩大 隔离开关被封闭在金属壳体内 因它们的绝缘间隙不易被观察到 它的耐压强度完全依赖于SF6气体的质量和压力 所以为了人身安全 检修时必须在隔离开关两侧用适当的接地开关接地以后方可工作 此外还应设置窥视窗 观察隔离开关触头分开的位置 风电场变电站SF6全封闭组合电器 必须分成几个独立的单元 使每个单元发生故障不会影响别的单元 因为小的间隔会导致较高的压力上升率 间隔的数目应尽可能少 在容许的条件下使它的间隔尽可能大 当设置压力释放装置时 应该安装在避免危及运行人员人身安全的位置 必须装设有效的通风装置 以避免工作人员吸入SF6气体和其它氟化物 使用前无毒 使用后的SF6是有毒的 风电场变电站SF6全封闭组合电器 断路器的操作机构是断路器本身附带的合 跳闸传动机构 它用来使断路器合闸或维持闭合状态 或使断路器跳闸 在操作系统中均设有合闸机构 维持机构和跳闸机构 按动力源的不同 操作机构分为弹簧操作机构 液压操作机构 气动操作机构等 断路器控制回路具备 断路器操作机构中的分合闸线圈按短时通电设计 在跳合闸完成后 切断跳合闸回路 以防止合 分闸线圈长时间带电 具有防止多次合 跳闸的电气防跳措施 断路器除具有控制开关手动分合闸外 在控制回路中还有继电保护和自动装置自动跳闸和合闸回路 能监视控制电源及合 跳闸回路的完好性 应对二次回路短路或过负荷进行保护 有反应断路器状态的位置信号和自动合 跳闸的不同的显示信号 风电场变电站SF6全封闭组合电器 风电场变电站无功补偿 SVG无功补偿系统 连接变 SVG 无功补偿产生的原因 风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的 导致出现并网功率因数不合格 电压偏差 电压波动和闪变等问题 对于大容量风电场接入系统时还存在稳定性问题 同时系统电压的波动也会对风机的正常运行造成影响 上述问题都可以通过合理的配置无功补偿得到改善 静止无功补偿装置 SVC 典型代表是晶闸管控制电抗器 固定电容器 TCR FC 晶闸管投切电容器 TSC 以及磁控电抗器 固定电容器 MCR FC 等 风电场变电站无功补偿 TCR FC基本组成 风电场变电站无功补偿 晶闸管投切电容器TSC 风电场变电站无功补偿 星形有中线连接三角形外部连接三角形内部连接 MCR FC基本组成 风电场变电站无功补偿 静止无功发生器 SVG SVG不仅能动态补偿无功 也可动态补偿瞬时有功或者进行相间功率交换 SVG基本原理主要是将逆变器经过电抗器或者变压器或者直接并联在电网上 通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位 或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位 迅速吸收或者发出所需要的无功功率 实现快速动态调节无功的目的 电压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分 其中逆变桥由可关断的半导体器件IGBT组成 风电场变电站无功补偿 风电场变电站无功补偿 静止无功发生器 SVG 电压源型逆变电路电流源型逆变电路 风电场变电站防雷接地系统 架构上避雷针 风电场变电站防雷接地系统 变电站的直击雷保护 雷击只能通过栏截导引措施改变其入地路径 接闪器有避雷针 避雷线 小变电站大多采用独立避雷针 大变电站大多在变电站架构上采用避雷针或避雷线 或两者结合 对引流线和接地装置都有严格的要求 变电站的侵入雷电波保护 主要措施是在其进出线或设备上装设避雷器 其上端接在线路或设备上 下端接地 与被保护设备并联 用来限制过电压 保护电气设备绝缘 避雷器的类型主要有保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 氧化锌避雷器等 避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内 风电场变电站防雷接地系统 最简单的避雷器是保护间隙 它由主间隙和支持瓷瓶所组成 保护间隙有一定限制过电压的效果 且结构简单 价廉 但它的气隙结构使得保护效果较差 有时不能可靠熄弧 发展成相间短路时 需由相应的断路器来切除 风电场变电站防雷接地系统 主变压器中性点保护间隙 结构简化 尺寸和重量减小 保护特性好 吸收过电压能量的能力大 氧化锌避雷器特别适用于作直流保护 电器保护 氧化锌避雷器在用于波阻抗低的系统 多回线 电容器组 电缆回路 中 性能优异 氧化锌避雷器 风电场变电站防雷接地系统 接地 是通过接地装置实现的 接地装置是完成电气设备金属外壳和电气装置 或其他设施 中的金属构架与地连接的整套装置 一般由接地线 接地网和接地体组成 接地装置 变电站集中安装了最重要的电气设备和电气装置 因此需要有良好的接地装置 以实现工作接地 保护接地和防雷接地的综合要求 实际变电站中 一般是统一敷设一接地网 称主接地网 而在避雷针附近下面 再加设一组集中的防雷接地体 加强泄放雷电流之用 从而构成变电站完整的接地装置 风电场变电站防雷接地系统 风电场集电线路 集电线路 风电场集电线路 架空线路 主要构件包括导线 架空地线和拉线 绝缘子 架空线路金具 杆塔 基础 接地装置 常用导线型号钢芯铝绞线LGJ 300 50 表示标称截面为铝300mm2 钢50mm2 电缆线路 常用交联聚乙烯绝缘电力电缆 简称XLPE电缆 主要包括导体 XLPE主绝缘 半导体层 屏蔽层 绝缘填充物 铠甲护套 外层塑料保护层 常用电缆型号YJV22 26 353X150 表示交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆 额定电压为26 35kV 三相 导体截面积150mm2的电力电缆 26kV代表线芯与绝缘屏蔽层或金属护套之间的额定电压 35kV代表线芯之间的额定电压 部分风电场全部集电线路采用电缆线路 多数风电场采用架空 电缆线路 风电场集电线路 风电场集电线路 风电场集电线路 导线架空地线杆塔绝缘子金具 风电场送出线路 送出线路 SF6组合电器 风电场送出线路 送出线路主要电压等级 66kV 110kV 220kV 330kV 风电场变电站继电保护 概念 当电力系统发生故障或异常现象时 利用一些电力自动装置将故障部分从系统中迅速切除 或在发生异常时及时发出信号 已到达缩小故障范围 减少故障损失 保障系统安全运行的目的 通常将执行上述任务的电气自动装置叫继电保护装置 当变电站出现故障时 给控制主设备 如输电线路 变压器等 的断路器发出跳闸信号 将发生故障的主设备从系统中切除 保证无故障部分继续运行 即内部故障时发出跳闸命令 当变电站出现不正常工作状态时发出信号 运行人员根据继电保护发出的信号对不正常工作状态进行处理 防止不正常工作状态发展成故障 即不正常工作时发出告警信号 风电场变电站继电保护 变压器保护 主变压器保护由主保护装置 高后备保护装置 低后备保护装置 非电量保护装置构成 高后备保护主要作为主变高压侧绕组发生故障时的保护 低后备保护主要作为主变低压侧绕组发生故障时的保护 非电量保护装置专门针对主变本体上的元件设置的保护 如瓦斯继电器 温度表 压力释放阀 当变压器本体发生故障时 本体保护元件会发相应的信号 提醒运行人员或使保护装置动作出口 切除故障 变压器主保护的差动保护 差动保护由差动速断保护 比率制动保护构成 当任一相差动电流大于差动速断定值时 差动速断瞬时动作 跳开各侧开关切除故障 风电场变电站继电保护 集电线路保护装置 主要保护复压过流保护 速断 定时限过流保护 零序保护 距离保护等 复压过流保护 主要针对相间短路故障 也可作为相邻元件的后备保护 复压由复合电压由低电压和负序电压构成 对过流保护进行可靠的闭锁 大大提高了保护动作的灵敏性 定时限过电流保护 作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备 其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护 此保护不仅能保护本线路全长 且能保护相邻线路的全长 风电场变电站继电保护 出线线路光纤差动保护装置 针对输电线路的独立保护装置 装置以分相差动和零序电流差动作为主保护 以零序电流保护 相间和接地距离或过流保护作为后备保护 保护装置通过光缆连接两侧的保护装置 实现对线路的全线速动保护 母线保护装置 针对站内高压母线的专用保护装置 其主保护为比率制动式电流差动保护 它的基本原理为母线在正常工作或其保护范围外故障时所有流入及流出母线的电流之和为零 即差动电流为零 而在母线内部发生故障时 所有流入及流出母线的电流之和不再是零 既差流不为零 保护装置通过差流计算可以准确的区分母线内部和外部故障 内部故障时可以准确的出口跳闸 避免事故的扩大 风电场变电站继电保护 风电场变电站直流系统 直流系统主接线图 直流系统简化图 风电场变电站直流系统 风电场变电站直流系统 直流系统工作原理图 直流系统是给继电保护 控制 信号 自动装置 通讯 事故照明 UPS提供直流电源的电源设备 直流系统是一个独立的电源 它不受发电机 站用电及系统运行方式的影响 并在外部交流电中断的情况下 保证由后备电源 蓄电池继续提供直流电源的重要设备 直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一 变电