风电场电气一次系统设计探讨

风电场电气一次系统设计探讨

杨阿满

中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西省西安市710054

摘要：风电场电气一次系统的设计，除升压站、中央监控室及厂区建筑物较为集中外，其主设备风力发电机组的安装场地较为分散。因此厂区集电线路的布置，风力发电机组变电单元的布置、中央监控通讯网络的布置、厂区道路的布置除应满足风力发电相关的规程规范要求外还应满足相应专业规程规范的要求。从根本上达到工程设计的要求。为风电机组的安全运行打好坚实的基础。

关键词：风电场；电气；一次系统；设计

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。

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—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—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，另外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，另一路从站外电源引接，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设计风电场电气一次系统

3.1选择主要设备

3.1.1控制短路电流

电气设备的选型、继电保护整定与校核都需要以短路电流计算为基础，因而短路电流计算的准确性将对电气系统安全稳定性及工程造价产生直接影响。可以把风电场视为独立的系统，进而对短路电流进行计算与分析，对电气系统的组成元件进行简化、等值，在其电气特性保持不变的情况下，对具有复杂性的电气网络进行简化，使其成为能够提供计算功能的电路模型。短路电流是指电气系统内部相与相之间或者相与中性点之间所经过电弧或者是小阻抗拉通电路，从而导致导线中流过的电流要比常规情况下流通的电流增大数十倍。而对于箱式变低压侧而言，虽然电网中的低侧压变压器阻抗要比电力系统高压侧的阻抗大出很多倍，当低压电网出现短路故障时，而变压器的一次端电压下降的幅度却不大，但是对于风电机组，当短路电流出现较大误差时，会对短路保护装置敏感度产生影响，进而影响了电气设备选型，特别是当电力电缆的阻抗过大时，需要对整个电气系统的阻抗能力进行详细分析。

3.1.2选择箱式变压器

通常情况下，风电场的风电机组间的选址距离较远，尽量要降低发电机组回路损耗的电能，减少动力电缆的使用数量与长度，需要选择合适型号的变压器，考虑电机组总容量与超负荷余量。同时也不能忽略了发电机组的抗短路电流能力，最大程度使机端短路电流量降低，选取箱式变压器时，要保证短路阻抗不能过小。

3.1.3选择断路器

在选择短路器时，要充分考虑线路的短路电流，在满足工程技术要求的同时，也要保证经济效益。除了要满足电流、电压耐受电流、机械载荷、绝缘水平等参数外，还要考虑海拔高度、周围气温及空气湿度等环境要素。断路器保护对整个风电场的机组安全产生直接影响，针对箱式变低压侧线路，断路器需要接收来自外部跳闸的信号，才能实现保护。通常情况下，低压断路器的额定电流是风电机组出口标准电流的1.5倍。

3.1.4选择电力电缆

在电力电气系统设计中，少不了电线电缆的支持，选取合适的电线电缆，不仅能够提高电气系统的安全指数、降低事故发生率，同时也能够降低工程项目造价成本，优化系统，提高整个系统的性能。实际应用中，单根电缆需要具有较大的电流承载力，由于多种因素都会对载流量产生影响，不同的敷设方式产生的载流量也不尽相同，因而需要结合电缆实际运行环境，合理设置敷设方式，并要进行调整。通常情况下，单根电缆载流量是其在标准温度下载流量与温度修正系数的乘积，当实际环境温度高于25摄氏度时，需要再打9折。

3.2照明系统设计

在风电场电气照明系统设计中，需要严格按照照明标准来进行，主要分为常规照明系统与应急照明系统两部分，需要应用三防荧光灯。常规照明系统为220v交流电源，而应急照明系统可以兼为常规照明使用，当交流电源不能正常供电时，保证其能自动切换为蓄电池的电源。

3.3保护系统

风电场变电站需要设置接地保护系统，从而避免沿线路入侵的雷电波对电气设备造成危害。在风电场变电站内部要合理设计与安放避雷器，并结合整个结构对变电站的外配电装置进行保护。根据风电场的结构，要合理规划与设置水平接地网、垂直接地网，也可以是设置一些复合网，确保接地网和风电机组接地网能够有效衔接，同时要保证组成接地网的接地电阻不超过4Ω。整个电场机组由水平接地环电极与垂直接地极一同构成了接地系统，同时与工程基础中的钢筋进行连接，把钢筋作为了自然接地物体，整个机组利用接闪、接地、屏蔽、钳位、合理布线等现代化的防雷技术，可以实现对风电机组中的叶片、塔筒及机舱等设备的防雷保护。风电机组设备要按照风电机组防雷标准《IEC61400-24风力发电机组雷电保护》进行设计。设置保护系统，外部保护主要起到防止雷击造成的直接损坏，而内部保护，主要起到防止由于直接或者间接雷击造成的电位差而引起破坏的作用。在设置保护系统时，需要把外部防雷措施与内部防雷方法进行统一规划，使二者共同发挥出最大的防护功效。

4结论

经济的快速发展，人类对能源的需求量逐步增加，只有合理设计各种能源系统，才能使其安全有效运转，转化成更多的能源，满足人类生产、生活需求。因而文本主要对风电场电气一次系统设计进行了分析，旨在加强系统设计，提高其运转效率。

参考文献

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