风电场电气部分

1、风电场电气部分基础知识风电场电气部分基础知识 主要内容主要内容 一、基本概念一、基本概念 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 四、风电场主要一次电气设备四、风电场主要一次电气设备 一、基本概念一、基本概念 一、基本概念一、基本概念 风力发电风力发电：利用风力机获取风能并转化为机：利用风力机获取风能并转化为机 械能，再利用发电机将风力机输出的机械能械能，再利用发电机将风力机输出的机械能 转化为电能输出的生产过程。转化为电能输出的生产过程。 风力发电机组：风力发电机组：用于实现风用于实现风电转换过程电转换过程 的成套设备称为风力发电机

2、组。的成套设备称为风力发电机组。 风电场：风电场：是在一定的地域范围内由同一单是在一定的地域范围内由同一单 位经营管理的所有风力发电机组及配套的位经营管理的所有风力发电机组及配套的 输变电设备、建筑设施、运行维护人员等输变电设备、建筑设施、运行维护人员等 共同组成的集合体。共同组成的集合体。 选择风力资源良好的场地，根选择风力资源良好的场地，根 据地形条件和主风向，将多台风力据地形条件和主风向，将多台风力 发电机组按照一定的规则排成阵列，发电机组按照一定的规则排成阵列， 组成风力发电机群，并对电能进行组成风力发电机群，并对电能进行 收集和管理，统一送入电网。收集和管理，统一送入电网。 一、基本

3、概念一、基本概念 风电场电气系统风电场电气系统： 一次系统一次系统：由直接参与电能生产、变换、传：由直接参与电能生产、变换、传 输和使用的设备及装置构成的系统被称为一次输和使用的设备及装置构成的系统被称为一次 系统。系统。 二次系统：对一次系统起测量、监视、控制和二次系统：对一次系统起测量、监视、控制和 保护作用的系统被称为二次系统。保护作用的系统被称为二次系统。 风力发电机风力发电机 集电变压器、集电变压器、 主变压器主变压器 集电线路、集电线路、 高压输电线路高压输电线路 偏航电机、变浆电机、偏航电机、变浆电机、 齿轮箱油泵、变流器、齿轮箱油泵、变流器、 照明等。照明等。 一、基本概念一、

4、基本概念 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 风电场一次系统构成风电场一次系统构成 风电机组风电机组 集电系统集电系统 升压变电站升压变电站 厂用电系统厂用电系统 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 风电机组风电机组 风电机组依据风力机运行转速和发电机频风电机组依据风力机运行转速和发电机频 率变化规律可分成：率变化规律可分成： 恒速恒频笼式感应发电机恒速恒频笼式感应发电机 变速恒频双馈感应式发电机组变速恒频双馈感应式发电机组 变速变频直驱式永磁同步发电机变速变频直驱式永磁同步发电机 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成

5、恒速恒频笼式感应发电机恒速恒频笼式感应发电机 优点：结构简单、成本较低、机组优点：结构简单、成本较低、机组 运行转速变化范围小、发电机输出运行转速变化范围小、发电机输出 交流频率近似恒定。交流频率近似恒定。 缺点：采用定浆距失速控制，风轮缺点：采用定浆距失速控制，风轮 不能根据风速变换调整转速，捕获不能根据风速变换调整转速，捕获 风能的效率低。风能的效率低。 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 变速恒频双馈感应式发电机组变速恒频双馈感应式发电机组 优点：效率高、可使用高速发优点：效率高、可使用高速发 电机。电机。 缺点：升速齿轮箱价格贵、噪缺点：升速齿轮箱价格贵、噪 音大、易疲劳损坏

6、。音大、易疲劳损坏。 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 变速变频直驱式永磁同步发电机变速变频直驱式永磁同步发电机 优点：无齿轮箱、可靠性高。优点：无齿轮箱、可靠性高。 缺点：采用低速发电机、体积缺点：采用低速发电机、体积 大；使用变流设备，成本高。大；使用变流设备，成本高。 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 集电系统集电系统 作用作用：将风电机组生产的电能按组收集起来送入：将风电机组生产的电能按组收集起来送入 升压站。分组采用位置就近原则，每组包含风机升压站。分组采用位置就近原则，每组包含风机 数目大体相同，称为一个联合单元。数目大体相同，称为一个联合单元。 构成：构成

7、：集电变压器（机组升压变压器）、集电线集电变压器（机组升压变压器）、集电线 路构成。路构成。 集电系统环接方式集电系统环接方式： 利用电缆线路将每一组的升压箱变高压侧的铜板母线利用电缆线路将每一组的升压箱变高压侧的铜板母线 （母排）并联起来进行（母排）并联起来进行环接环接，并从某台机组升压变经，并从某台机组升压变经 “T”接接头上线路。接接头上线路。 “T”接方式。每台风机箱变输出均用接方式。每台风机箱变输出均用“T”接接头接入接接头接入 集电线路。集电线路。 集电线路走向总体与集电线路走向总体与 风机分布平行。风机分布平行。 可考性高。可考性高。 简化接线。简化接线。 二、风电场一次系统构成

8、二、风电场一次系统构成 升压箱变高压侧的母排并联环接升压箱变高压侧的母排并联环接 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 集电线路集电线路 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 集电线路集电线路 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 湖北利川齐岳山风电场一期工程湖北利川齐岳山风电场一期工程4回集电线路均回集电线路均 采用电缆线路。采用电缆线路。 架空线路架空线路结构结构 导线导线 避雷线避雷线 杆塔杆塔 绝缘子绝缘子 用来传输电流，用来传输电流， 输送电能输送电能 使导线与杆塔使导线与杆塔 之间保持绝缘之间保持绝缘 把雷电流引入大把雷电流引入大 地，保护线路绝地，保护线路

9、绝 缘，使其避免雷缘，使其避免雷 电过电压的破坏电过电压的破坏 支持导线和避雷线，并使带电支持导线和避雷线，并使带电 体之间、带电体与接地体之间体之间、带电体与接地体之间 保持必要的安全距离；保持必要的安全距离； 金具金具 固定、悬挂、连接和保固定、悬挂、连接和保 护架空线路的元件护架空线路的元件 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 金具金具 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 悬垂线夹悬垂线夹 耐张线夹耐张线夹 防震锤防震锤 电缆 本体 导电芯线导电芯线 绝缘层绝缘层 包护层包护层 电缆电缆 终端终端 电缆电缆 接头接头 电缆

10、线路电缆线路结构结构 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 箱式变电所箱式变电所 箱式变电站：是一种将高、低压开关设备、箱式变电站：是一种将高、低压开关设备、 电力变压器及保护装置、表计等设备，按电力变压器及保护装置、表计等设备，按 一定接线方案排成一体的工厂预制户内、一定接线方案排成一体的工厂预制户内、 户外紧凑式设备，即将受电、变电等功能户外紧凑式设备，即将受电、变电等功能 有机地组合在一起，安装在一个防潮、防有机地组合在一起，安装在一个防潮、防 锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全 封闭、可移动的钢结构箱体内，全封闭运封闭、可移动的钢结构箱体内

11、，全封闭运 行。行。 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 升升 压压 箱箱 变变 接接 线线 图图 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 电气主接线定义电气主接线定义 电气主接线电气主接线 由发电机、变压器、断路器等一次设由发电机、变压器、断路器等一次设 备按功能要求，通过连接线连接而成的用备按功能要求，通过连接线连接而成的用 于实现电能生产、汇集及分配的电路，又于实现电能生产、汇集及分配的电路，又 称一次接线。称一次接线。 电气主接线图电气主接线图 用规定的图形及文字符号描绘主接线用规定的图形及文字符号描绘主接线 的专用

12、图。的专用图。 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 2、电气主接线分类、电气主接线分类 有母线接线有母线接线 单母线接线单母线接线 双母线接线双母线接线 无母线接线无母线接线 桥形接线桥形接线 角形接线角形接线 单元接线单元接线 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 单母线接线单母线接线 优点：接线简单清晰，优点：接线简单清晰， 设备少，操作方便，设备少，操作方便， 投资少，便于扩建。投资少，便于扩建。 缺点：可靠性和灵活缺点：可靠性和灵活 性较差。（在母线和性较差。（在母线和 母线隔离开关检修或母线隔离开关检修或 故障时，各支路都必故障时，各支路都必 须停止

13、工作；引出线须停止工作；引出线 的断路器检修时，该的断路器检修时，该 支路要停止供电。）支路要停止供电。） 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 单母单母线分段线分段接线接线 与单母线相比运与单母线相比运 行方式灵活、可行方式灵活、可 靠性提高。靠性提高。 双母线接线双母线接线 优点：可靠性高、优点：可靠性高、 灵活性好。灵活性好。 缺点：检修出线缺点：检修出线 断路器时仍需停断路器时仍需停 电、导闸操作工电、导闸操作工 作量大，易误操作量大，易误操 作。作。 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 双母线带旁路接线双母线带旁路接线 检修出线断路检修出线断路 器时

14、，可保证器时，可保证 不停电。不停电。 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 桥形接线桥形接线 内桥接线（图内桥接线（图a ）：）： 适用于变压器不需要适用于变压器不需要 经常切换、输电线路经常切换、输电线路 较长、线路故障断开较长、线路故障断开 几率较高、穿越功率几率较高、穿越功率 较小的场合。较小的场合。 外桥接线（图外桥接线（图b ）：）： 适用于线路较短、故适用于线路较短、故 障几率较低、主变压障几率较低、主变压 器按经济运行的要求器按经济运行的要求 而需要经常切换，电而需要经常切换，电 力系统有较大穿越功力系统有较大穿越功 率通过桥断路器的情率通过桥断路器的情 况。况

15、。 (b) 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 角形接线角形接线 检修任一断路器都不检修任一断路器都不 中断供电。中断供电。 运行可靠性高运行可靠性高 任一断路器故障或检任一断路器故障或检 修时，则开环运行。修时，则开环运行。 设备选择和继电保护设备选择和继电保护 整定难整定难 。 不便于扩建和发展。不便于扩建和发展。 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 单元接线单元接线 接线简单清晰，电气设备少，配接线简单清晰，电气设备少，配 电装置简单，投资少，占地面积电装置简单，投资少，占地面积 小。小。 不设发电机电压母线，发电机或不设发电机电压母线，发电机或 变压器低压侧短路时，短路电流变压器低压侧短路时，短路电流 小。小。 操作简便，降低故障的可能性，操作简便，降低故障的可能性， 提高了工作的可靠性，继电保护提高了工作的可靠性，继电保护 简化。简化。 任一元件故障或检修全部停止任一元件故障或检修全部停止 运行，检修时灵活性差。运行，检修时灵活性差。 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 升压变电站升压变电站 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 四、风电场主要一次电气设备四、风电场主要一次电气设备 风电场主要一次设备风电场主要一次设备 断路器