风电场电气系统(朱永强)第4章_风电场一次设备的选择ppt课件

1、风电场电气系统第4章 风电场一次设备的选择朱永强第4章 风电场一次设备的选择关注的问题电气设备选择的技术条件和校验方法是什么？变压器的容量、台数和型式应怎样进展选择？开关设备的型式和参数怎样选择？CT和PT怎样选择？载流导体选择和校验应如何计算？教学目的了解风电场一次电气设备选择的普通条件和技术条件，了解热稳定校验、动稳定校验和环境校验方法，了解和掌握电气设备的型式、参数与其在风电场中运转环境的关系能对风电一次设备的选择进展初步分析和简单计算。.4.1 导体的发热和电动力 4.1.1 导体长期发热和载流量 当电流流过导体时，由于有电阻存在将呵斥能量损耗，同时由于涡流和磁滞损耗，在导体附近的磁场

2、中也将有一部分能量损耗，这些能量的损耗将转换为热能，使导体的温度升高。 为保证导体可靠任务，往往要对导体正常任务时的最高允许温度做出限制： 对于普通裸导体，最高允许温度普通为70； 对于计及日照的钢芯铝绞线和管形导体，最高允许温度普通为80； 对于接触面有镀锡的可靠覆盖层，最高允许温度普通为85。. 4.1.1 导体长期发热和载流量 由于导体正常运转时，电流运转于额定电流，发热量不是很大，可以继续运转而不超越导体的最高允许温度，因此称导体正常运转时的发热过程为长期发热。 思索到导体本身的发热和散热过程，电流和温度的关系如下： 式中I为导体载流量； w为导体的散热系数; F为散热面积; w为带电

3、运转的导体的温度； 0为环境温度； R为单位长度的导体电阻. 4.1.2 导体短时发热 短路发生后，导体中流过的电流急剧添加，热量积累也非常迅速按照电流的平方产生，但是短路不允许继续很长时间，继电维护会尽能够快地将其切除，因此这一过程被称为短时发热。 普通采用短路电流热效应来计算短路后的导体发热热积累。短路电流热效应计算公式如下： 其中，Ikt 为短路电流； tk为短路时间 . 4.1.2 导体短时发热 由于短路电流的变化规律非常复杂，很难用简单的解析表达式来计算，因此工程中常用一种简化的适用计算法来计算 ： 其中Qp为短路电流周期分量所产生的热效应，Qnp为短路电流非周期分量所产生的热效应。

4、 当短路电流切除时间超越1秒时，发热主要由周期分量决议，可忽略非周期分量的影响. 4.1.3 导体短路时的电动力 短路的时候电流急剧增大，导体所受的电动力也急剧增大，很能够呵斥导体的变形扭曲，导致电气设备的损坏 普通情况下，系统中发生三相缺点时的短路电流最大，而且短路电流的最大数值出如今短路后最初的半个周期常按t=0.01s分析，此时的短路电流的最大峰值被称为最大冲击电流 ish 三相导体中B相中间相的电动力最大，大小为：.4.2电气设备选择的普通条件 电气主接线是由导体和电气设备衔接而构成的电路。 选择适宜本地运用的导体和电气设备，不仅需求思索电气设备的电气参数，还需综合思索电气设备所处的环

5、境要素，此外也要留意电气设备运转能够给环境带来的影响。. 4.2.1 电气设备选择的普通条件 选择适用的电气设备，首先要确定其额定参数，同时，还要思索设备安装地点的环境要素，此外，必需思索电力系统中短路所呵斥的宏大短路电流对系统的损害 在选择电气设备时，必需思索以下各项原那么： 应满足正常运转、检修、短路和过电压情况下的要求，并思索远景开展。 应按当地环境条件校核。 应力求技术先进和经济合理。 与整个工程的建立规范谐调一致。 同类设备尽量减少种类。 选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。. 4.2.2 电气设备选择的技术条件 4.2.2.1 按照正常任务形状选择 对电气设备来说

6、，首先要思索其能否可以接受流过的电流和加于其上的电压： 1额定电压 即电气设备的额定电压UN要大于设备安装处的电网额定电压Uns 2额定电流 即运转中的电气设备额定电流IN不得低于所在回路在各种能够运转方式下的最大继续任务电流 Imax。. 4.2.2.2 按照短路形状校验 按照正常条件选出的电气设备必需求校验一下其热稳定和动稳定才干 1设备允许经过的热稳定电流It和时间t，并以此校验其热稳定性能否满足要求： 其中Qk是实践计算得到的短路电流热效应 2设备允许经过的动稳定电流幅值ies及其有效值Ies，以此校验电气设备能否可以满足动稳定的要求： 其中ish和Ish为实践计算得到的冲击电流幅值k

7、A. 4.2.2.2 按照短路形状校验 Qk和ish需求由短路电流计算求得 在计算Qk时需求选取适宜的短路时间，普通思索短路时间tr为维护动作时间tpr和断路器全开断时间tbr之和，即： tpr 普通采用后备维护动作时间 tbr为断路器的固有分闸时间和断路器触头开场拉开直至触头间电弧完全熄灭的时间之和。. 4.2.2.2 按照短路形状校验 对于以下几种情况，也可以不去校验动稳定和热稳定性： 1)用熔断器维护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 2)采用有限流电阻的熔断器维护的设备。其回路电流被电阻限制。 3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备。. 4.2.3 电气选择的

8、环境要素 应根据详细任务场所的实践情况有针对性地选择电气设备的构造和型式 1温度 假设周围的环境温度不是40，那么设备的允许电流须按一定的规那么进展修正 2日照 当设备提供的额定载流量未思索日照时，在电气设计中可以按电气设备额定电流值的80满足电流要求来选择设备 3风速 当最大风速超越35m/s时，应在设计和布置时采取有效防护措施. 4.2.3 电气选择的环境要素 4冰雪 在积雪和附冰严重的地域，应采取措施防止冰串引起瓷件绝缘发生对地闪络 5湿度 普通高压电气设备可在环境温度为+20、相对湿度为90的环境中运用 6污秽 7海拔 对安装在海拔高度超越1km地域的电气设备外绝缘普通应加强 8地震

9、选择设备时要思索本地地震烈度，选用可以满足地震要求的产品. 4.2.4 环境维护 选择电气设备时，还应该思索电气设备对周围环境的影响，主要思索电磁干扰和噪声。 1) 电磁干扰 电气设备及金具在最高任务相电压下，晴天的夜晚不应出现可见电晕；110kV及以上的电气设备，户外晴天无线电干扰电压不应大于2500V 2) 噪声 在距电气设备2m处，延续性噪声不应大于85dB；非延续性噪声，屋内设备不应大于90dB，屋外设备不应大于110dB.4.3 变压器的选择 4.3.1 变压器的容量和台数 风电场中的变压器包括主变压器、集电变压器和场用变压器 风电场各种变压器容量确实定方法如下： 1集电变压器 集电

10、变压器的选择，可以按照常规电厂中单元接线的机端变压器的选择方法进展。即：按发电机额定容量扣除本机组的自用负荷后，留10%的裕度确定. 4.3.1 变压器的容量和台数 2升压站的主变压器 对于升压站中的主变压器，那么参照常规发电厂有发电机电压母线的主变压器进展选择： 主变容量的选择应满足风电场对于能量保送的要求，即主变压器应可以将低压母线上的最大剩余功率全部保送入电力系统。 有两台或多台主变并列运转时，当其中容量最大的一台因故退出运转时，其他主变在允许的正常过负荷范围内，应能保送母线最大剩余功率。. 4.3.1 变压器的容量和台数 3场用变压器 风电场场用变压器的选择，容量按估算的风电场内部负荷

11、并留一定的裕度确定。 变压器的台数与电压等级、接线方式、传输容量、与系统的联络严密程度等要素有亲密关系： 与系统有强联络的大型、特大型风电场，在一种电压等级下，升压站中的主变应不少于2台。 与系统联络较弱的中、小型风电场和低压侧电压为6-10kV的变电所，可只装1台主变压器。. 4.3.2 变压器的型式 1相数 用一台三相变压器还是用三台单相变压器组，就要根据详细情况确定，普通要思索以下原那么： 当不受运输条件限制时，330kV及以下的电力系统，普通都应选三相变压器。 当风电场衔接到500kV的电网时，宜经过技术经济的比较后，确定选用三相变压器、两台半容量的三相变压器或单相变压器。 对于与系统

12、联络严密的500kV变电站，除思索运输条件外，还应根据系统和负荷情况，分析变压器缺点对系统的影响，以确定选用单相或三相变压器。. 4.3.2 变压器的型式 2绕组数 绕组数普通对应于变压器所衔接的电压等级，即电压变化的数目。分裂变压器的电压等级和绕组数不对应，它的电磁构造是高压或低压侧有两个绕组，而这两个绕组的电压等级一样。 当风电场中的变压器衔接三个电压等级其中两个为升高的电压等级时，可以选择采用2台双绕组变压器或者1台三绕组变压器。 对于容量为125MW及以下的风电场，可采用三绕组变压器，三绕组变压器的台数普通不超越2台 对于200MW及以上的风电场，采用双绕组变压器加联络变压器衔接多个电

13、压等级。联络变普通采用自耦变压器. 4.3.2 变压器的型式 3接线组别 变压器三相绕组的接线组别必需和系统电压相位一致 电力系统采用的变压器三相绕组衔接方式只需“Y和“两种在我国，110kV及以上电压等级中，变压器三相绕组都采用“Yn衔接；35kV采用“Y衔接，而中性点多经过消弧线圈接地。35kV以下，采用“衔接。在发电厂和变电站中，思索系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波等要素，主变压器普通都选用YnD11常规接线。. 4.3.2 变压器的型式 4调压方式 根据分接头的切换方式，变压器的调压方式有两种： 无激磁调压：不带电切换，调压范围在22.5%以内； 有载调压：带负荷切换，调压范围

14、在30%，但构造较复杂。 普通来说，有载调压只在以下情况选用： 接于风电场这种出力变化大的发电厂的主变，特别是潮流方向不固定，且要求变压器副边电压维持在一定程度。 接于时而为送端，时而为受端，具有可逆任务特点的联络变压器。为保证供电质量，要求母线电压恒定。 发电机经常在低功率因数下运转。. 4.3.2 变压器的型式 5冷却方式： 自然风冷：7500kVA以下的小容量变压器靠自然的风吹进展冷却 强迫空气冷却：容量大于10000kVA的变压器常采用人工风冷 强迫油循环水冷却：水源充足的地方采用此方式极为有利 强迫油循环导向冷却：近年来大型变压器都采用这种方式 水内冷变压器 充气式变压器. 4.3.

15、2 变压器的型式 例4-1：某风电场安装1500kW风电机组33台，风机及附属设备耗电不大于3%，请选择风电机组中升压变压器的容量？ 解： 注：0.85为功率因数. 4.3.2 变压器的型式 例4-2：例1中的风电场，每11台机组升压为35kV集成一路接入风电场升压站，升压站接有一路110kV架空线路，请从下表中选择升压站主变压器？序号型号额定电压连接组标号高压中压低压1SFP7-120000/11012122.5%13.8YN,d112SFP-120000/11012135YN,d113SFZ10-63000/11012181.25%35YN,d114SFZ9-63000/11012181.

16、25%10.5YN,d115SSZ9-63000/11011081.25%38.5，356.3.，6.6， 10.5，11YN,d116S9-800/35355%3.15，6.3，10.5Y,d117OSFPS-120000/22022022.5%12110.5YN,yn，d11. 4.3.2 变压器的型式 解：风电场的总装机容量为 主变台数的选择：思索变压器检修，风电场中应装设两台主变压器。 主变容量的选择：由于风电的不延续特性，风电场的利用小时数低以及主变具备一定的过负荷运转特性，因此要求当一台主变停运的时候，另一台主变可以根据其本身过负荷才干将风电场消费的全部电能送入，计算如下： 风电机

17、组发电时，潮流从风电场送到电网；风电机组不发电时，潮流从系统倒送站用电，电压动摇较大，选用有载调压变压器。 由上所述，选上表中3为升压站主变压器。.4.3 开关电气设备的选择 4.3.1 断路器的选择 4.3.1.1断路器的型式 根据灭弧介质，断路器可以分为：油断路器多油、少油、紧缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。 应根据各种类型断路器的构造和性能特点以及运用环境和条件等，来合理选择断路器的型式。. 4.3.1.2 断路器的电气参数 选择高压断路器时，不仅要思索其额定电压和额定电流的大小，还要思索其对缺点电流的开合才干，即思索其额定开断电流和短路关合电流。 1额定电流和电压 即断路器的

18、额定电压UN要大于其安装位置的电网额定电压Uns。 即断路器的额定电流IN不得低于所在回路在各种能够运转方式下的最大继续任务电流Imax。. 4.3.1.2 断路器的电气参数 2额定开断电流 指在额定电压下能够开断的最大电流，其值不应小于实践开断瞬间的短路电流周期分量Ipt 3短路关合电流 要求断路器具有关合短路电流的才干 即短路关合电流要大于等于短路后的最大冲击电流 4热稳定和动稳定的校验. 4.3.1.2 断路器的电气参数 例4-3：请计算例2中的主变高压侧断路器的最大继续任务电流？ 解：主变压器高压侧最大继续任务电流为：. 4.3.1.2 断路器的电气参数 例4-4：例3中主变高压侧短路

19、电流数据如下表， 知110kV系统后备用维护动作最长时间为3s，风电场接入系统可以以为是无穷大，请在下表中初步选择断路器 三相短路电流周期分量（kA）短路冲击电流峰值（kA）短路冲击全电流有效值（kA）8.7322.2713.27序号型号额定电压KV额定电流A额定开断电流KA极限通过电流KA热稳定电流固有分闸时间S合闸时间S3s5s1LW6-220/315022031505012531.50.030.092LW36-126/20001262000218031.50.060.093SW4-110/1000110100018.455210.060.254ZN4-10/200010200040110

20、43.50.060.06. 4.3.1.2 断路器的电气参数 解：1、短路计算时间 2、由于tk 1s，不计短路电流非周期分量，短路电流的热效应Qk等于周期分量热效应Qp，又由于风电场接入无穷大系统，简化计算： 3、 4、断路器选择： 1额定电压，由表知1、2、3号断路器均可满足要求，由于1号断路器用于220kV，暂不思索。 22、3号断路器的额定电流，额定开断电流和额定关合电流均满足要求。 33号断路器为户外少油型，造价较低但维护任务量较大，2号断路器为自能式高压六氟化硫断路器，虽造价较高，但此种开关性能好，可靠性高，运用方便，因此选用2号断路器。. 4.4.2 隔分开关的选择 隔分开关不需

21、求选择开断电流和关合电流，而其它参数确实定方法那么与断路器完全一样。. 4.4.3 熔断器的选择 4.4.3.1 熔断器的型式 根据安装地点，高压熔断器可以分为屋外跌落式、屋内式。 屋外跌落式常装设于高压杆上变压器的高压侧，作为维护。 熔断器还可以分为限流型或不限流型。 不限流熔断器在熔件熔化后，在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭。限流熔断器在熔件熔化后，其电流在未到达最大值之前就立刻减小到零。. 4.4.3.2 熔断器的额定电压 高压熔断器的额定电压UN必需大于或等于熔断器安装处电网的额定电压Uns，即 熔断器额定电压确实定原那么与其它电气设备没有区别。. 4.4.3.3 熔断器的额

22、定电流 熔断器额定电流的选择，主要是熔体的额定电流的选择。 1被维护设备是35kV及以下的电力变压器时，熔体的额定电流按下式选择 其中 K为可靠系数不计电动机自启动时 =1.11.3，思索电动机自启动时 =1.52.0；Imax为电力变压器回路的最大任务电流 2被维护设备是电力电容器时，熔体的额定电流按下式选择： 其中K为可靠系数维护单台电容器时 =1.52.0，维护一组电容器时 =1.31.8；INC为电力电容器回路的额定电流. 4.4.3.4 熔断器的开断电流 对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值Ish校验开断电流，即： 对于有限流作用的熔断器，电流在到达最大值之前曾经截断，

23、因此可不计非周期分量的影响，而采用I进展校验. 4.4.3.5 熔断器选择性的校验 为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源或负荷维护安装之间动作的选择性，应进展熔体选择性校验。F3F2F1ttIt0tF1tF2F2所在回路发生短路时，流过F1的短路电流根本一样，因此要求F1熔断器的电流要大于F2，以保证此时F1的断开时间要长于F2。.4.5 互感器的选择 4.5.1 电流互感器的选择 4.5.1.1种类和型式的选择 选择电流互感器时，应根据安装地点如屋内、屋外和安装方式如穿墙式、支持式、装入式等选择其型式。 当一次电流较小在400A及以下时，宜优先采用多匝式电流互感器 当采用弱电控制系统或配

24、电安装间隔控制室较远时，二次额定电流应尽量采用1A；而强电系统用5A。.4.5.1.2 一次回路额定电压和电流 一次回路的额定电压UN和额定电流I1N应满足：为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽能够与最大任务电流接近。. 4.5.1.3 准确级和额定容量 为了保证丈量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供丈量仪表的准确级。 由选定的准确级所规定的互感器额定容量，应大于或等于二次侧所接负荷，即： ra,rre分别为二次侧回路中所接仪表和继电器设备的电流线圈电阻，rc为接触电阻，rL为衔接导线电阻.4.5.1.3 准确级和额定容量 电流互感器常用接线方式图a用于对称三相负荷

25、，丈量一相电流，LC=2L；图b为星型接线，可不计中性线电流，LC=L，常用于110kV及以上线路和发电机、变压器等重要回路；图c为不完全星型接线，常用于35kV及以下电压等级的不重要出线。. 4.5.1.4 热稳定和动稳定校验 (1)热稳定校验 电流互感器热稳定才干常以1s允许经过的热稳定电流I1或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示。热稳定校验式为 (2)动稳定校验 多匝式一次绕组主要经受内部电动力；单匝式一次绕组不存在内部电动力，那么电动力稳定性由外部电动力决议。 内部 外部. 4.5.2 电压互感器的选择 4.5.2.1 种类和型式的选择 应根据装设地点和运用条件选择电压互感器的种类和型

26、式。 在635kV屋内配电安装中，普通采用油浸式或浇注式电压互感器；110220kV配电安装通常采用串级式电磁式电压互感器。 在500kV配电安装中，配置有双套主维护，并思索到后备维护、自动安装和丈量的要求，电压互感器应具有三个二次绕组。 三相式只在20kV以下才有三相式产品。三相五柱式电压互感器广泛用于315kV系统；而三相三柱式电压互感器很少采用。 当二次侧负荷不对称，三相式电压互感器的三相磁路不对称，所以当接入精度要求较高的计费电能表时，可采用三个单相电压互感器组或两个单相电压互感器接成不完全三角形。.4.5.2.2 一次和二次额定电压应根据互感器的接线方式来确定其相电压或相间电压。.

27、4.5.2.3 容量和准确级选择 互感器的额定容量对应于所要求的准确级，应不小于电压互感器的二次负荷，即S2NS2 ，而二次负荷 分别为各仪表的视在功率、有功功率、无功功率和功率因数。 计算电压互感器的各相负荷时，必需留意互感器和负荷的接线方式。.4.6 导体的选择 导体的选择主要是选择其截面，以保证导体在正常运转时可以经过一定的电流而发热不会超越其限值，在发生缺点时可以满足热稳定要求，对于硬导体还需求校验其动稳定和共振情况。 常见的软导体为钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线。. 4.6.1 导体截面的选择 导体的截面普通按照任务电流或经济电流密度进展选择。 对于年负荷利用小时数大大于5

28、000小时，传输容量大，母线较长大于20m的情况，普通按照经济电流密度选择，其它情况可按照任务电流选择。 1按回路继续任务电流选择 其中 Imax -导体所在回路的继续任务电流； Ial 在额定环境温度25时导体允许电流； K 与实践环境温度和海拔有关的综合校正系数.导体最高允许温度()适应范围海拔高度(m)实际环境温度()+20+25+30+35+40+45+50+70屋内矩形、槽型、管型导体和不计日照的屋外软导线1.051.000.940.880.810.740.67+80计及日照时屋外软导线1000及以下2000300040001.051.010.970.931.000.960.920.

29、890.950.910.870.840.890.850.810.770.830.790.750.710.760.69计及日照时屋外管型导体1000及以下2000300040001.051.000.950.911.000.940.900.860.940.880.840.800.870.810.760.720.800.740.690.650.720.634.6.1 导体截面的选择 与环境温度和海拔有关的综合校正系数K. 4.6.1 导体截面的选择 2按照经济电流密度选择 其中SJ 经济截面,mm； Imax回路继续任务电流,A； J 经济电流密度，A/ mm ,如右图。1变电站站用、工矿用及电缆线

30、路的铝线纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆；2铝矩形、槽形母线及组合导线；3火电厂厂用铝线纸绝缘铅包、铝包、塑料护套及各种铠装电缆；435220kV线路的LGJ、LGJQ型钢芯铝绞线. 4.6.2 电晕电压校验 对110kV及以上电压等级的裸导体，需求按晴天不发生全面电晕的条件来校验，即裸导体的临界电压Ucr 应大于最高任务电压Umax。. 4.6.3 热稳定校验 在校验导体热稳定时，假设计及集肤效应系数Kf的影响，由短路时发热的计算公式可得到短路热稳定所决议的导体最小截面Smin为： Qk短路热效应，As； ，为热稳定系数工作温度（）4045505560657075808590硬铝及铝锰合金9997959391898785838281硬铜186183181179176174171169166164161. 4.6.4 硬导体的动稳定校验 各种外形的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，硬导体应