風電-主要一次設備課件

風電場電氣系統(tǒng)風電場主要一次設備風電場電氣系統(tǒng)風電場主要一次設備§1

風力發(fā)電機§1.1發(fā)電機的結構目前風電場中應用的風力發(fā)電機，大都是三相交流發(fā)電機

各類發(fā)電機的主體部分都由靜止的定子和可以旋轉的轉子兩大部分構成

原動機（例如風力發(fā)電中用的風力機）帶動轉子繞軸旋轉，在定子繞組中感應出電勢，在閉合的外電路中形成電流從定子繞組出線端（如圖中的A、B、C所示）送出。定子就像一個空心的圓筒，轉子像一個實心的滾軸§1風力發(fā)電機§1.1發(fā)電機的結構原動機（例如風力發(fā)

定子和轉子一般都由鐵心和繞組構成。繞組多是用銅線纏繞的金屬線圈，當然銅線外面要包裹絕緣物質。鐵心的功能是靠鐵磁材料提供磁的通路，以約束磁場的分布。各種發(fā)電機的定子的基本結構是類似的定子鐵心由很薄的圓環(huán)狀硅鋼片疊制而成，內(nèi)表面開了若干軸向溝槽，用于嵌放定子繞組。定子和轉子一般都由鐵心和繞組構成。定子鐵心由很薄的圓環(huán)狀§1.2發(fā)電機的工作原理發(fā)電機的工作原理主要是基于電磁感應現(xiàn)象。電磁

當導體中通入電流時，在帶電導體的周圍會產(chǎn)生磁場。

如果導體中流過的電流是直流電，則產(chǎn)生恒定的磁場。如果導體中流過的電流是交流電，則產(chǎn)生交變的磁場。

磁電

當處于磁場中的導體做不平行于磁場方向的運動時，導體切割磁力線，就會在該導體中感應出電勢

如果該導體與外電路構成了閉合回路，則還會在感應電勢的作用下形成感應電流?！?.2發(fā)電機的工作原理§2

變壓器

§2.1變壓器工作原理變壓器的電壓變換

變壓器的基本原理是利用電磁感應現(xiàn)象實現(xiàn)一個電壓等級的交流電能到另一電壓等級交流電能的變換變壓器的核心部件是鐵心和繞組，鐵心用于提供磁路，纏繞于鐵心上的繞組構成電路與電源相連的一側為一次繞組，與負荷相連的一側為二次繞組§2變壓器

§2.1變壓器工作原理

一次繞組和二次繞組一般沒有電氣上的連接，而是通過鐵心中的磁場建立聯(lián)系。對于理想變壓器，感應電壓、電流和繞組匝數(shù)之間有如下關系：每臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的額定容量，以kVA來標定。每臺變壓器可以長期流過的最大功率，規(guī)定為它自身的額定§2.2變壓器的結構

大多數(shù)電力變壓器均為油浸式變壓器，即以油作為絕緣和冷卻介質，所用的油一般為礦物油。

圖3-7變壓器工作原理示意圖1234567891011121314151、鐵芯2、繞組3、調壓分接頭4、調壓機構箱5、高壓側套管6、低壓側套管7、高壓側中性點8、壓力釋放閥門9、瓦斯繼電器10、11、吸濕器12、主變端子箱13、散熱風扇14、油箱15、儲油柜油浸式變壓器由其核心部件（即實現(xiàn)電磁轉換的鐵心和繞組）、用于調整電壓變比的分接頭和分接開關以及油箱和輔助設備構成?！?.2變壓器的結構圖3-7變壓器工作原理示意圖12§3載流導體

電力系統(tǒng)中的各個電氣設備都由載流導體相互連接，組建成電路。其中，位于發(fā)電廠和變電站內(nèi)的母線用于匯集和分配電能，連接導體和跳線用于連接電氣設備，而輸電線路則將發(fā)電廠、變電站和用戶連接成完整的電力系統(tǒng)。§3載流導體

電力系統(tǒng)中的各個電氣設備都由載流導體相互連§3.1導體的材料導體通常由銅、鋁、鋁合金或鋼材料制成。多數(shù)載流導體一般使用鋁或鋁合金材料

純鋁的成型導體一般為矩形、槽形和管形。強度稍低，當110kV及以上配電裝置敝露布置時不宜采用。

鋁合金導體有鋁錳合金和鋁鎂合金兩種，均為管形。鋁錳合金導體載流量大，但強度較差。鋁鎂合金導體機械強度大，但載流量小，主要缺點是焊接困難，因此使用受到限制。

銅導體一般在下列情況下才使用：

①位于化工廠附近的屋外配電裝置，化工廠排出的大量腐蝕性氣體對鋁制材料有不良影響；

②發(fā)電機出線端子處位置特別狹窄，鋁排截面太大穿過套管有困難時；

③持續(xù)工作電流在4000§3.1導體的材料

導體除滿足工作電流、機械強度和電暈要求外，導體形狀還應滿足下列要求：電流分布均勻（即集膚效應系數(shù)盡可能低）；機械強度高；散熱良好（與導體放置方式和形狀有關）；有利于提高電暈起始電壓；安裝、檢修簡單，連接方便。

§3.2導體的形狀導體可以分為兩大類：硬導體和軟導體。（1）硬導體：在電流較大的場合，軟導體載流量不足時可以采用硬導體。硬導體根據(jù)其截面形狀可分為：管型、槽型、矩形。§3.2導體的形狀截面形狀：

布置：排列（平排、豎排、三角排）、放置（平放、立放）與裝配；

母線的排列應按設計規(guī)定，如無設計規(guī)定時，應按下述要求排列。

（1）垂直布置的母線。由上向下：A，B，C相；

（2）水平布置的母線。由內(nèi)向外（面對母線）：

A，B，C相的排列；

（3）引下線排列。由左向右（面對母線）：

A，B，C相的排列；

（4）各種不同電壓配電裝置的母線，

其相位的配置應相互一致。截面形狀：

①矩形導體單片矩形導體具有集膚效應系數(shù)小、散熱條件好、安裝簡單、連接方便等優(yōu)點。一般適用于工作電流I≤2000A的回路中。

載流量不是隨導體片數(shù)增加而成倍增加的，尤其是每相超過三片以上時，導體的集膚效應系數(shù)顯著增大。

②槽形導體槽形導體的電流分布比較均勻，與同截面的矩形導體相比，其優(yōu)點是散熱條件好、機械強度高、安裝也比較方便。在回路持續(xù)工作電流為4000～8000A時，一般可選用雙槽形導體③管形導體管形導體是空芯導體，集膚效應系數(shù)小，且有利于提高電暈的起始電壓。戶外配電裝置使用管形導體，具有占地面積小、構架簡單、布置清晰等優(yōu)點。但導體與設備端子連接比較復雜，用于戶外時易產(chǎn)生微風振動。

（2）軟導體常見的軟導體為鋼芯鋁絞線，由鋼芯承受主要機械負荷，鋁作為主要載流部分。軟導線應根據(jù)環(huán)境條件（環(huán)境溫度、日照、風速、污穢、海拔高度）和回路負荷電流、電暈、無線電干擾等條件，確定導線的截面和導線的結構型式。當負荷電流較大時，應根據(jù)負荷電流選擇較大截面的導線。當電壓較高時，為保持導線表面的電場強度，導線最小截面必須滿足電暈的要求，可增加導線外徑或增加每相導線的根數(shù)。

§3.3導體的功能風電場和變電站中的常見導體有母線、連接導體、跳線和輸電線路，輸電線路又可分為架空線和電纜線路。（1）母線

母線是將電氣裝置中各截流分支回路連接接在一起的導體。它是匯集和分配電能的載體，又稱匯流母線。風電場中35kV母線（軟導線）風電場中220kV母線（硬導線）§3.3導體的功能風電場中35kV母線（軟導線）風電場中

（2）連接導體連接導體是將發(fā)電廠和變電站內(nèi)部電氣設備進行連接的導體。跳線其實也是連接導體，不過為了跨越某一設備或建筑物，需要提升高度，所以稱為跳線。（3）架空線架空線是通過鐵塔、水泥桿塔架設在空氣中的導線，一般為裸導線。由導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等組成風電場升壓站內(nèi)的出線架構及站外220kV架空線路風電場升壓站內(nèi)的出線架構及站外220kV架空線路（4）電纜電纜通常是由幾根或幾組導線（每組至少兩根）絞合而成的類似繩索的電纜。

電纜有電力電纜、控制電纜、補償電纜、屏蔽電纜、高溫電纜、計算機電纜、信號電纜、同軸電纜、耐火電纜等等。

都是由多股導線組成，用來連接電路、電器等。（4）電纜§4電抗器和電容器

§4.1電抗器

§4.1.1電抗器的作用

電抗器在電路中是用于限流、穩(wěn)流、無功補償及移相等功能的一種電感元件。電力系統(tǒng)中，電抗器的作用主要是兩個：

1、限流（或串聯(lián)）電抗器，用于限制系統(tǒng)的短路電流，并能使母線電壓維持在一定水平；

2、補償（或并聯(lián)）電抗器，用于補償系統(tǒng)的電容電流，防止線路端電壓的升高。從而使線路的傳輸能力和輸電線的效率都能提高，并使系統(tǒng)的內(nèi)部過電壓有所降低?！?電抗器和電容器

§4.1電抗器§4.1.2電抗器的分類電抗器按結構可分為三大類：空芯電抗器、帶氣隙的鐵芯電抗器和鐵芯電抗器。

（1）空芯電抗器只有繞組而無鐵芯，實際上是一個空芯的電感線圈。磁路磁導小，電感值也小，且不存在磁飽和現(xiàn)象。

（2）帶氣隙的鐵芯電抗器其磁路是一個帶氣隙的鐵芯。導磁性能較好，所以電抗值比空芯電抗器大，但電流達到一定數(shù)值后，鐵芯飽和，電抗值逐漸減小。

（3）鐵芯電抗器其磁路為一閉合鐵芯。由于鐵芯具有高的磁導率，電抗器的電抗值很大，在容量相同時，其體積最小§4.1.2電抗器的分類電抗器按絕緣方式可分為油浸式電抗器和干式電抗器。

（1）油浸式電抗器油浸式電抗器是一個帶間隙鐵芯的線性電感線圈。它的鐵芯和線圈浸泡在盛有變壓器油的油箱中，采用油浸自冷的冷卻方式（2）干式電抗器干式電抗器多采用空芯結構，是一個不帶鐵芯的線性電感線圈，采用空氣自冷式的冷卻方式電抗器按絕緣方式可分為油浸式電抗器和干式電抗器?！?.2電容器

§4.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器是一種無功補償設備，也稱移相電容器。變電所通常采取高壓集中的方式，將補償電容器接在變電所的低壓母線上，補償變電所低壓母線電源側所有線路及變電所變壓器上的無功功率，使用中往往與有載調壓變壓器配合，以提高電力系統(tǒng)的電能質量。§4.2電容器并聯(lián)電容器的結構可分為箱式和集合式兩種。箱式電容器，主要由油箱、膨脹器、器身、芯子（電容元件）組成集合式并聯(lián)電容器，也稱為密集型并聯(lián)電容器，有單相和三相兩種。集合式電容器的結構可分為器身、油枕、油箱、出線套管等部分。并聯(lián)電容器的結構可分為箱式和集合式兩種。

10kV高壓并聯(lián)電容器裝置由斷路器、隔離開關、電流互感器、繼電保護裝置、測量和指示儀表、串聯(lián)電抗器、放電線圈、氧化鋅避雷器、接地隔離開關、單臺電容器保護用熔斷器、并聯(lián)電容器及連接母線和鋼構架等組成。其布置方式有圍欄式、柜式和集合式（按安放地點可分為戶內(nèi)式、半戶內(nèi)式、戶外式）

§4.2.2電容器放電裝置為防止帶電荷合閘及防止人身觸電傷亡事故，電容器組必須加裝放電裝置。放電裝置的放電特性應滿足下列要求：

手動投切的電容器組的放電裝置，應能使電容器組三相及中性點的剩余電壓在5min內(nèi)自額定電壓（峰值）降至50V以下；

自動投切的電容器組的放電裝置，應能使電容器組三相及中性點的剩余電壓在5s內(nèi)自電容器組額定電壓（峰值）降至0.1倍電容器組額定電壓及以下。§4.2.2電容器放電裝置§5

互感器

§5.1互感器簡介

在風電場和電力系統(tǒng)運行過程中，需要監(jiān)視其運行狀態(tài)。對電氣一次系統(tǒng)運行狀態(tài)的最直接反映就是電流和電壓。

互感器正是起電壓和電流變換作用的傳感器。它將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流按照比例變成標準的低電壓和小電流提供給二次系統(tǒng)中的測量設備和繼電保護裝置使用。這樣二次系統(tǒng)可以采用功耗小、精度高的標準化、小型化的元件和設備。互感器分為電流互感器（CT）和電壓互感器（PT）。

電流互感器串接于一次系統(tǒng)的電路中，將大電流變?yōu)樾‰娏?；而電壓互感器并接于一次系統(tǒng)的電路中，將高電壓變換為低電壓?！?互感器

§5.1互感器簡介§5.2電流互感器（CT）§5.2.1(1)CT的結構電流互感器的基本組成，包括鐵心、一次繞組、二次繞組由于是大電流變小電流，一次繞組的匝數(shù)很少導體的截面形狀可以制成圓形、管形、槽型。電流互感器二次側采用圓截面的銅漆包線，纏繞于鐵心之上。1231一次繞組2鐵心3二次繞組§5.2電流互感器（CT）1231一次繞組

電流互感器的鐵心一般要裝設多個以適應測量和繼電保護的不同需求。

鐵心可由條狀熱軋電工鋼片疊積為矩形（疊積式鐵心）、或采用帶狀電工鋼片卷制成圓形、矩形或扁圓形（卷鐵心），或在卷鐵心的基礎上按要求切成兩瓣或多瓣形成開口鐵心。疊積式鐵心卷鐵心（圓形）卷鐵心（矩形）卷鐵心（扁圓形）疊積式鐵心卷鐵心（圓形）卷鐵心（矩形）卷鐵心（扁圓形）電流互感器二次繞組的標記方法：P2S1S2P1當二次繞組抽頭較多時，二次端子依次標記為：S1、S2、S3、……P2S1S3P1S2當有多個二次繞組時，各繞組的出頭相應標記為：1S1、1S2、2S1、2S2、3S1、3S2、……P21S12S2P11S22S1端子標志一經(jīng)標定，就決定了電流互感器的極性。電流互感器二次繞組的標記方法：P2S1S2P1當二次繞組抽頭（2）CT產(chǎn)品實例ABB某型110kV油浸式電流互感器1-氣墊2-充油裝置3-絕緣填充物4-紙絕緣的一次導體5-鐵芯和二次繞組6-二次接線盒7-二次接線端8-膨脹容器9-油位監(jiān)視玻璃10-一次接線端子11-接地端子一次繞組4為U型結構，和外部接線端子10相連接，一次繞組由單股或多股鋁或銅材料構成，其外部包裹有絕緣紙。一次繞組裝設于磁套管和油箱內(nèi)，油箱中還裝設有鐵心5和二次繞組。二次繞組采用銅導體，纏繞于鐵心之上，其接線端子7裝設于接線盒6中。在油箱的外部裝設有用于接地的端子11，一次繞組采用電容絕緣結構。（2）CT產(chǎn)品實例1-氣墊一次繞組4為U型結構，和外部接線端屋內(nèi)澆鑄絕緣支柱式電流互感器12123456771-一次接線端子2-二次接線端子3-一次繞組4-鐵心5-二次繞組6-樹脂混合料7-銘牌當電流較小時，一次繞組用玻璃絲包線繞制；大電流時，用銅帶或銅母線繞制。二次繞組用玻璃絲包線繞制；層間絕緣用聚脂薄膜或膜紙復合絕緣紙。如果是卷鐵心，二次繞組直接繞在鐵心上。如果是疊積式鐵心，則二次繞組繞制在酚醛紙筒或玻璃紙筒上，然后再裝配鐵心。屋內(nèi)澆鑄絕緣支柱式電流互感器12123456771-一次接線(3)注意事項二次開路會產(chǎn)生不良后果：①出現(xiàn)的高電壓將危及人身及設備安全；②鐵心高度飽和將在鐵心中產(chǎn)生較大的