风电场电气二次系统组网设计

风电场电气二次系统组网设计

袁艳艳

山东泰开电力建设工程有限公司，山东 泰安 271000

摘要：在风电场的电气设计过程中，要注重每一个设计环节的质量。电气二次系统的组网设计关系到风电场的整体设计效果，因此要对其进行系统分析，才能保证设计的科学性和有效性。

关键词：风电场；电气；二次系统；组网设计

风力作为一种可再生和清洁的能源，逐渐取代了部分的不可再生能源，目前风力主要应用于发电领域。我国建设了众多的风电场，利用风力来进行发电。而在风电场中要想使得电网可以安全的运行，就需要合理的针对电气控制系统进行合理的设计，而在电气控制系统中,针对电气二次系统进行组网设计，可以使得电气系统运行更加的稳定，电网运行也更加的安全^[1]。

1 风电场电气二次系统组网设计要求

风电场电气二次系统组网设计，不仅要考虑系统的先进性，还要考虑到系统适用性，比如是否符合风电场自身建设能力、是否节约系统建设成本。组网设计后，要对其经济性、可靠性、实用性进行综合评估，选择最佳设计方案。

网络化：能够实现数字化信号传输，控制信号传输与设备开关。组网设计过程中需要坚持IEC61850通信协议，严格按照此通信协议进行建设。

一体化：综保装置能够实现就地安装，一体化设计，直接采集CT/PT信号，监测控制开关设备运行状况，传输设备运行信息。

可靠性：风电场二次系统组网设计，通过双以太网实现系统可靠性。系统建设过程中，主要采用电缆进行系统连接，实现了电磁兼容，提升各个系统模块之间的链接可靠性^[2]。

经济性：智能化水平越高，组网设计水平越高，投入经费也会越高。风电场在进行设计时，既要控制测控功能需求，也要控制设备经费。尽量共享设备信息，能够多次利用一些设备，对系统进行集成管理，减少设备投入，进而缩小继保室室内面积，完成成本控制的要求。

2 二次控制系统监控范围

根据风电场的特点,风电场工程设置两套相对独立的电气控制系统:一套为风力发电机组监控系统,另一套为风电场升压站监控系统,二者通过光缆通信连接。

1. 风力发电机组监控系统

风力发电机组监控系统由在线的各风力发电机组的控制器和主控室集中监控装置组成。风力发电机组的控制器系统包括二部分:第一部分为计算机单元,它的主要功能是控制风力发电机组;第二部分为电源单元,它主要功能是使异步风力发电机组与电网同期。集中监控系统的对象为风力发电机组。风力发电机组监控系统可对风力发电机组进行远方手动开机、手动停机、马达启动、风力发电机组向顺时针方向旋转或向逆时针方向旋转。风力发电机组在运行过程中,可持续监视风力发电机组的转速、风力发电机组的电流、功率及启停机开关状态。

2. 风电场升压站监控系统

风电场升压站监控系统的对象主要包含风电场箱变和升压站一次设备。

1. 箱变的监控

监测箱变高低压侧电流、电压、高低压开关状态、变压器油温等必要的报警信号,实现高低压侧开关远方/就地控制。

2. 升压站设备的监控

监控11OkV线路电流、电压、功率及保护信号,11OkV线路断路器状态和保护信号,11OkV隔离开关和接地开关状态信号,11OkV变压器高低压侧电流、电压、保护、非电量及有载开关档位信号。监控35kV母线电压、馈线电流、功率及保护信号及馈线断路器状态信号^[3]。监测直流、UPS系统报警及馈线开关状态信号、计量仪表电能量信号、SVC系统报警信号及其他电气控制系统重要信号。

3 风电场电气二次系统组网设计具体内容

本节以某风电场工程为例进行说明。

3.1 工程概况

本工程拟安装共计50台单机容量为2000kW的风力发电机组，风力发电机组与箱式变压器采用一机一变的单元接线方式。根据风力发电机组的台数和单机容量，全场共选用50台容量为2200kVA的箱式升压站，箱式升压站布置在风电机组基础附近，距风电机组中心约20m。风电机组控制柜至箱式变低压侧的连接选用6根YJV23-3×240mm2型电力电缆及2根YJV23-1×240mm2型电力电缆。

风电场集电线路以架空线路型式为主，两端采用电缆连接。线路与风机中心距一般为30m。根据35kV电压等级的经济输送容量、风电机组布置、升压站位置及地形条件，全场50台风力发电机组一共分为4组，每组连11~13台风机-箱式变单元，最终通过电缆接入110kV升压站。

本风电场工程共规划安装50台2000kW风电机组，总装机容量100MW，配套风电场送出拟建一座110kV升压升压站，以1回110kV线路接入系统。

110kV升压站拟建设2台50MVA的主变，采用三相三绕组（其中第三绕组为平衡绕组）有载调压变压器，主变型号SZ11-50000/110，115±8×1.25%/37±2×2.5%/10.5。本升压站110kV系统拟采用单母线接线，110kV配电装置拟采用敞开式户外软母线中型布置方式，主变压器进线2回，110kV出线1回。35kV系统拟采用以主变为单元的单母线分段接线方式，两回35kV进线、动态无功补偿装置及站用变分别接入两段母线。

3.2 发电机组控制系统中二次网络的设置

风机、箱变监控系统通信是指对风力发电机、箱式升压站控制及运行监视的通信网络，设计范围主要包括风电场每台风机、箱变至监控中心监控设备的光缆线路设计和光缆选型等。光缆线路沿35kV集电线路架设，并根据风机、箱变的分布情况和控制方式构成光纤网络，以保证各风机、箱变在运行控制、维护管理及故障信息传输等方面的通信需求。

本工程推荐方案将50台风机分为4组，每台风机对应一台箱变，50台箱变也分为4组，箱变的分组与相对应风机的分组相同。每组风机、箱变共用1条光缆线路与风电场监控中心的监控设备连接，风机监控系统形成光纤环网，实现监控中心对每台风机、箱变的监控。一般来说，风力发电机组中都会设置就地控制器，而这就地控制器上的光口上连接着光电转换器，在接受到电信号的时候，通过这一转换器就可以得到光信号。然后通过光缆将光信号传播出去，在控制中心接受到光信号的时候，将其命令输入到风机发电机组中，形成功率、风速以及各种开关装置的控制信号。升压站的控制中心与风力发电机组的就地控制器间是通过光缆进行数据的交换和传送，风力发电机组中的监控系统与升压站的监控系统也是通过光缆来实现数据的交换和传送。

3.3 风电场升压站控制系统中的二次网络设置

3.3.1 系统的主网进行监控

升压站计算机监控系统采用开放式、分层分布系统结构。整个系统分为站控层和间隔层两部分组成，数据分布管理，站控层采用功能分布结构，间隔层按电气间隔设置现地测控单元，当站控层设备及网络停运时，能在现地控制单元对设备进行一对一操作、调节。站控层设备和间隔层设备之间采用双星型以太网连接，网络介质可选用以太网线或光缆。

3.3.2 针对35kV开关柜控制系统的子网进行设计

一般来说，针对35kV开关柜，配置的主要二次装置有馈线综保装置或母线综保装置。其中，综保装置能够有效的对CT、PT模拟信号及开关设备数字信号进行接收并处理，对采集量进行判断并起到现地及远程的控制与保护，35kV配电室配置两台网络交换机，用于现地各单元设备组网及与站控层网络交换机连接。

4 结语

综上所述，针对风电场电气二次系统的设计工作，设计人员一定要明确设计的要点和重点，针对设计过程中比较容易出现的问题和关键环节进行重点把握，才能够推进设计工作。

参考文献：

[1]乔珍,赵承远.电厂设备电气自动化系统的节能控制探讨[J].建筑工程技术与设计,2020,14（6）:3117.

[2]许国杰.燃气电厂电气控制系统可靠性分析[J].建筑工程技术与设计,2019,06（36）:3565.

[3]李闽怀.发电厂电气一次系统设计中防雷及接地系统的设计探讨[J].电力系统装备,2020,05（6）:17-18.