风电场电气设计要点综述

风电场电气设计要点综述孟海燕;乔大雁;韩仲卿【摘要】随着近年来风电的迅速发展，根据现行的风电设计规范和相关的技术标准，从风电场设计原则、电气主接线、集电线路、主要设备选型、防雷系统、电气二次、升压站通信系统7方面综述了风电场电气设计中的一些要点,对提高风电场电气设计水平，加快风电场设计速度，提高工程建设和管理的效率有着重要意义.【期刊名称】《华北电力技术》【年(卷)，期】2014(000)003【总页数】3页(P64-66)【关键词】风电场;电气设计;主变压器;集电线路【作者】孟海燕;乔大雁;韩仲卿【作者单位】中节能风力发电股份有限公司，北京100082;国网冀北电力有限公司,北京100053;国网冀北电力有限公司，北京100053【正文语种】中文【中图分类】TM6140前言在我国《可再生能源法》等相关政策引导下，我国风电进入快速发展阶段，风电开发规模连续翻番。据中国网能协会初步统计，2013年中国风电新增装机容量16100MW，较2012年12960MW大幅提高24%，中国风电累计装机突破90000MW。风电迅速的大规模建设，要求风电场的设计尽快成型，加快风电场建设的速度，提高工程建设和管理的整体效率。因此，对风电场电气设计中的相关要点进行总结归纳，对于风电发展有着重大意义。1风电场设计原则风电场电气设计应遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，使设计符合安全可靠、技术先进、经济合理的要求，便于施工和检修维护。风电场电气设计应结合工程的中长期发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，并考虑后期发展扩建的可能。⑶风电场电气设计，必须坚持节约用地的原则。风电场电气设计应本着对场区环境保护的原则，减少对地面植被的破坏。风电场电气设计应本着〃节能降耗”的原则，采用先进技术、先进工艺，减少损耗。2风电场电气主接线的设计要点风电场电气主接线应根据升压站的规划容量、送电线路电压等级、升压站功能、主变连接元件总数、设备特点、系统稳定等要求进行。根据风电机组设备的特点，风电场升压站宜按用户站考虑，力求接线简单。应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于过渡或扩建等要求，应进行多个方案的经济技术比较与分析论证，最终确定升压站电气主接线。2.1风电场高压侧主接线风电场升压站高压侧配电装置的基本接线方案主要有变压器一线路单元接线和单母线两种形式。汇集单个风电场电能的升压站宜采用变压器一线路单元接线和单母线两种形式。汇集多个风电场电能集中送出的升压站或兼有风电汇集及风电升压功能的升压站宜采用单母线形式或单母线分段接线。2.2风电场低压侧主接线风电场升压站低压侧(35kV或10kV)接线一般是单母线分段，分段数宜与主变压器台数一致，各段母线间可设置分段断路器，这主要是考虑主变压器检修时便于其母线段风机电能的送出，另夕卜在小风月也可用来使空载主变退出运行，以节约一台主变的空载损耗。2.3风电场场用电主接线风电场升压站场用电系统应由两路独立的电源组成，一路引自主变压器低压侧，另—路从站外电源引接，如原风场的施工电源永久化或从地方升压站获得电源，也可设置柴油发电机组。场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380/220V。一般情况下，220kV升压站场用电系统采取单母线分段接线，110kV升压站场用电系统采取单母线接线。3风电场集电线路设计要点对于集电线路的电压选择应根据风电场规模及接入条件等要素因地制宜确定。集电线路优先考虑采用35kV电压等级。风机容量小、塔位距升压站较近或地方用电负荷较大应采用分布式接入系统，集电线路可采用10kV电压等级。风电场集电线路一般情况下优先采用架空线路，当受地形地物等约束条件限制时，如林区、鱼池、公路、其他电力线路等，宜采用电缆线路。3.1架空线路设计要点风电场架空线路的导线可采用钢芯铝绞线，地线可采用镀锌钢绞线。35kV线路全线安装架空地线。10kV则视其风电场雷电活动情况而定。集电线路路径应综合考虑机位分布、运行、施工、交通条件及路径长度等因素，进行多方案的比较，做到经济合理、安全适用。在政府规划许可时，丘陵山地和荒漠平原地区一般应采用架空线路。海岸滩涂、河网、泥沼地区可采用架空线路与地埋电缆相结合的型式。风电场内架空光缆可采用ADSS全介质自承式光缆线路或OPGW架空地线复合光缆，光缆与架空线路同杆敷设至场内升压变电站，不另设单独架空光缆线路。3.2电缆线路设计要点当风电场集电线路在跨越林区、盐池地区、鱼虾养殖地区等永久性征地赔偿费用较高和架空线路施工技术难度较大地区时可采用地埋电缆线路。风电场集电线路的电缆路径选择应避免电缆遭受机械外力、过热、腐蚀、白蚁等危害;应尽量结合场区施工道路，以便于敷设、维护;满足安全条件下，应保证电缆路径最短。直埋光缆一般采用沿壕沟与电力电缆并沟直埋方式。通常可选用GYFTA53型（聚乙烯非金属加强芯钢带铠装光缆），光缆进入塔筒时应做好金属外卜铠的接地。若选用非金属铠装的光缆应采用穿保护管方式。4主要设备选型要点根据系统提供的资料，提出短路电流计算成果。并据此复核系统报告的相关成果，以便进行风电场升压站的电气设备选择。4.1风电机组的选型风力发电机组电气性能除符合风力发电机组规范（中国船级社2008）外，还应满足《风电场接入电力系统技术规定》（GBT19963—2011）的〃低电压穿越要求和满足功率因数在超前0.95~滞后0.95的范围内动态可调”的相关规定。4.2主变压器的选型主变压器的选型除符合相关制造业的国家标准外，应满足《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T5222—2005），还应结合风电场的条件优先选择油浸式、低损耗（通常选用10型或11型）、自然油循环、风冷/自冷式有载调压变压器。大变压器宜选S10型，尽量选择全自冷方式（100MVA以下）。4.3箱变的选型—般情况下，机组容量1500kW及以下容量时，风力发电机组都是按单元接线配置美式箱变，机组容量1500kW以上时，配置多为欧式箱变。通常情况下变压器选择节能型（S11型）产品。按机组功率因数cos8=0.95（滞后）运行时的发出容量配置箱变，分接头在高压绕组上，采用无励磁调压方式。通常采用Ue±2x2.5%。选择变压器短路阻抗时，尽可能选用变压器的标准阻抗值。4.4无功补偿装置的选型风电场应配置无功补偿装置，具备无功功率及电压控制能力。根据系统调度部门指令，风电场能快速连续地自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制。无功容量的大小与性质及调节原则应遵照审批后的接入系统报告的意见执行。根据目前风电并网要求及目前设备型号情况，宜选择SVG无功补偿装置。4.535kV（10kV）侧中性点设备选择可根据《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T5222-2005）初选中性点接地设备为消弧线圈或接地电阻。风电场35kV侧采用低电阻接地时，中性点宜从主变引取。由于主变的容量较大，因此中性点的引流容量足够大，这样回避了接地变容量的选择。5风电场防雷系统设计要点风电场的过电压保护设计应遵循行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620—1997）。5.1风电场直击雷过电压保护风机本身防雷系统设计得很完善，从叶尖至塔筒下部通过接地电缆接到主接地网，风机制造商要求该接地网电阻不大于4Q。箱式变电站处于直击雷保护范围之内且与风机共用接地网，因此不再考虑其他防雷措施。风电场的集电线路全程装设避雷线，并逐基杆塔接地。若是电缆（三芯电缆）线路，则在箱变或电缆分接箱均应设置避雷器。风电场升压站采取独立避雷针实现直击雷保护。风电场升压站的主控楼应采用沿屋面板及女儿墙敷设避雷带的做法。5.2风电场雷电侵入波过电压保护对于雷电侵入波，风力发电机组、箱式变压器、线路和线路终端所连接的高压开关柜均应采用参数合适的氧化锌避雷器作为保护装置。6风电场电气二次设计要点6.1系统继电保护升压站继电保护的设计主要包括变压器的继电保护、母线的继电保护、场内集电线路的继电保护、无功补偿设备的继电保护、站用变的继电保护，应符合《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB14285-2006)的规定。6.2风电场升压站调度自动化系统设计风电场升压站调度自动化的设计主要包括远动系统、发电功率控制系统、故障录波、电能量计量系统、安全自动装置及风电功率预测系统等，应符合《电力系统设计自动化设计技术规程》(DL/T5003—2005)的规定。根据风电场风能的特殊性及运行的安全稳定要求，风电场故障录波、安全稳定应按照系统要求设计，故障录波装置宜按照64路模拟量、128路开关量进行配置。电测量及电能量计量系统设计应符合《电测量及电能计量装置设计技术规程》(DL/T5137—2001)的规定。按照电网调度对风电场发电量调度要求应配置风功率预测系统。6.3风电场直流电源系统设计风电场升压站直流电源系统的设计应符合《电力工程直流系统设计技术规程》(DL/T5044—2004)的规定。直流系统蓄电池宜单独设立房间布置。7风电场升压站通信系统设计要点风电场升压站通信系统应按照风电场接入系统通信部分的要求进行设计，调度交换机门数设计按照接入系统设计要求，不宜超过40门;光传输设备按照双套设计;升压站设置-48V通信电源，蓄电池按照双套配置。8结束语风电场的设计将会对日后风电场的稳定运行产生较为深刻的影响，本文对风电场工程设计中的几个主要问