某49.5MW風(fēng)電場電氣主接線及二次系統(tǒng)設(shè)計

I某49.5MW風(fēng)電場電氣主接線及二次系統(tǒng)設(shè)計摘要長期以來，我國氣候問題的根源是以化石能源為主的能源發(fā)展方式，但隨著國際能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及我國提出的“雙碳”目標(biāo)，世界能源格局將發(fā)生巨大改變。其中，風(fēng)能作為一種儲量豐富、成本低廉且發(fā)展?jié)摿薮蟮那鍧嵞茉矗瑢π履茉吹陌l(fā)展發(fā)揮著不可替代的作用。因此，著眼于風(fēng)電場的規(guī)劃建設(shè)并制定相應(yīng)的電氣系統(tǒng)設(shè)計方案具有強大的現(xiàn)實意義。本文主要根據(jù)國內(nèi)外風(fēng)能發(fā)電狀況分析風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展背景和重要性,并介紹了對風(fēng)電場及其所在區(qū)域的外部要求。首先,通過比較各種風(fēng)力發(fā)電機的技術(shù)參數(shù)，并針對風(fēng)電場的實際情況選用了最優(yōu)風(fēng)力發(fā)電機組。然后,根據(jù)風(fēng)電場的基本設(shè)計準(zhǔn)則與要求制定方案,并選定主變臺數(shù)。接著，對電氣一次系統(tǒng)進行總體設(shè)計工作,該部分也是本文的核心,通過繪制主接線圖并完成短接計算,再進行主要電氣設(shè)備的選型,最后完成電氣設(shè)備在總平面的布局。再次,對電氣二次系統(tǒng)進行總體設(shè)計，重點針對風(fēng)電場和升壓站的監(jiān)控系統(tǒng)以及繼電保護設(shè)備開展研究。最終完成該49.5MW風(fēng)電場電氣主接線及二次系統(tǒng)設(shè)計。關(guān)鍵詞風(fēng)電場；電氣設(shè)計；電氣一次系統(tǒng)；電氣二次系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u139921.前言 323711.1風(fēng)力發(fā)電的背景及意義 3140301.2國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀 4151741.2.1國外風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀 4202311.2.2國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀 558801.3本文主要研究內(nèi)容 8167652.風(fēng)機選型及安裝方案 8222892.1引言 8169852.2風(fēng)電場地貌及風(fēng)能資源情況 8312712.2.1風(fēng)電場地形地貌 9114552.2.2風(fēng)能資源 10292192.3風(fēng)機選型及技術(shù)特點 1022722.3.1風(fēng)機選型指標(biāo) 10216592.3.2風(fēng)機選型比較 11131832.4風(fēng)機安裝方案 12150462.5小結(jié) 13149893.風(fēng)電場設(shè)計方案 13138443.1引言 13245323.2風(fēng)電場設(shè)計現(xiàn)狀、范圍及原則 1399283.2.1風(fēng)電場設(shè)計現(xiàn)狀 13311723.2.2風(fēng)電場設(shè)計范圍 13276383.2.3風(fēng)電場設(shè)計原則 14276163.3主變臺數(shù)的選擇 14247863.4小結(jié) 15315834.電氣一次系統(tǒng)設(shè)計 15310394.1引言 15107444.2電氣主接線 1581814.3一次系統(tǒng)短路電流計算 19204694.3.1短路電流的計算目的 19191314.3.2短路電流的計算要求 20143404.3.3短路計算的過程 2075584.4主要電氣設(shè)備選擇 21210844.5電氣總平面布置及配電裝置布置 23316114.5.1220kV配電裝置 235534.5.235kV配電裝置 2374684.5.3配電裝置 24244284.5.435kV無功補償裝置 24157474.5.5380/220V場用配電裝置 24226944.5.6風(fēng)機塔箱式變壓器 24151594.5.7電纜設(shè)施 24151104.6防雷接地及絕緣配合 24150434.6.1防雷保護 2474204.6.2接地保護 25300034.7站用電及照明通信 25180054.7.1站用電源 255854.7.2全站照明 25190264.7.3全站通信 2583814.8小結(jié) 26274765.電氣二次系統(tǒng)設(shè)計 26219405.1引言 26238315.2二次接線 27175585.2.1二次接線設(shè)計規(guī)則 27249775.2.2信號 27273725.2.3測量 27240415.2.4電量 2720385.2.5“五防”系統(tǒng) 27123365.3計算機監(jiān)控系統(tǒng) 28302245.3.1風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng) 2850465.3.2升壓站監(jiān)控系統(tǒng) 28112995.4風(fēng)電場繼電保護裝置 2944025.4.1主變電站保護 2940165.4.235kV母線保護 2984815.5小結(jié) 29174736.結(jié)論 306648參考文獻(xiàn) 3119261致謝 32前言風(fēng)力發(fā)電的背景及意義伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進步，工業(yè)革命爆發(fā)，大量消耗了煤、石油和天然氣等非可再生能源，導(dǎo)致氟利昂、一氧化碳和二氧化碳等排放量極大增加。然而，化石燃料的儲藏與使用并不是無窮無盡的，因此，人類開始探索對可再生能源的開發(fā)與利用。尤其是在1970年爆發(fā)的丹麥?zhǔn)臀C中，能源危機問題進一步引發(fā)了人類的思考，尋找替代有限的化石能源的新能源也成為了人類刻不容緩的任務(wù)ADDINCNKISM.Ref.{9BDAAB1226424ec59C9176EDC8F77ADA}[1]。進入二十一世紀(jì)后，世界的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了天翻地覆的變化，高質(zhì)量發(fā)展的數(shù)字化、經(jīng)濟化、智能化時代也接踵而至，傳統(tǒng)化石能源的發(fā)電形式已不再成為主流，利用現(xiàn)有的創(chuàng)新設(shè)計方法和技術(shù)實現(xiàn)可再生能源發(fā)電勢不可擋ADDINCNKISM.Ref.{CAF5735937DC4e9aA56655578FB1BAB0}[2]。習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上鄭重宣布，“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前，實現(xiàn)碳中和。”為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我國將深化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，形成多輪驅(qū)動的能源生產(chǎn)體系。目前，加快發(fā)展可再生能源已成為世界各國促進能源轉(zhuǎn)換和應(yīng)對全球氣候變化的共同課題。其中，風(fēng)能作為分布最廣泛的一種可再生能源，在風(fēng)力發(fā)電時相較于其他發(fā)電技術(shù)，其優(yōu)越性在于：首先，風(fēng)能是一種清潔能源，在能量轉(zhuǎn)換中既不消耗化石資源，也不污染環(huán)境，對減緩全球氣候變暖的現(xiàn)象和促進節(jié)能減排具有現(xiàn)實意義；其次，風(fēng)電場的占地面積小，建設(shè)周期短，且裝設(shè)規(guī)模靈活，開發(fā)效率高，能有效解決電力供需不充分不平衡等問題；同時，風(fēng)力發(fā)電的市場前景好，因成本逐年下降而其經(jīng)濟性大幅度提升ADDINCNKISM.Ref.{9AC27698E7B74dbc9B584A0A4009878E}[3]。但是，由于風(fēng)力發(fā)電本身具有隨機性，難以控制，且我國的風(fēng)能主要分布在東北、華北和西北等經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)，具有電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定和電力線路損耗較大等缺點，故實現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)傳輸電能是實現(xiàn)風(fēng)能有效利用的唯一途徑。為了應(yīng)對風(fēng)力發(fā)電的缺陷，提高風(fēng)電場運行的穩(wěn)定性，本文將基于風(fēng)電場的選址與風(fēng)力發(fā)電機的選型、接地點方式的選擇和主要電氣設(shè)備的選擇對風(fēng)電場進行優(yōu)化設(shè)計，使風(fēng)能資源的利用率得以提升，提高風(fēng)電場的可靠性，從而保證電力系統(tǒng)的安全運行。國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀國外風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀風(fēng)能在自然界中儲量豐富，但由于多受地理位置的影響，故主要集中在沿海區(qū)域且風(fēng)速普遍較高（8~9m/s以上），少數(shù)分布在內(nèi)陸。全球風(fēng)能資源較為豐富的地區(qū)主要集中在以下幾個區(qū)域：全球各大陸沿海地區(qū)、整個歐洲大陸、東亞、中亞以及西亞阿拉伯半島地區(qū)、澳大利亞及新西蘭島嶼、北美特別是美國大陸、南美的南部、中美的加勒比海地區(qū)、北非沙哈拉沙漠地區(qū)以及南非ADDINCNKISM.Ref.{4819971502F7474c8D9C628BA27C8E3F}[4]。全球風(fēng)能資源分布表如表1-1所示。表1-1全球風(fēng)能資源分布表地區(qū)陸地面積高風(fēng)力（3~7級）所占的面積（km2高風(fēng)力（3~7級）所占的面積比例（%）北美19339787641拉丁美洲和加勒歐4742196842東歐和獨聯(lián)體23049678329中東和北非8142256632撒哈拉以南非洲7255220930太平洋地區(qū)21354418820中亞和南亞42992436中國9597105611總計1066602914327近年來，伴隨著電力電子技術(shù)和自動控制理論等學(xué)科的迅速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在2003年，美國最先在舊電力系統(tǒng)設(shè)施的基礎(chǔ)上對其信息技術(shù)進行加工改造，開展智能電網(wǎng)的相關(guān)學(xué)習(xí)與研究，此后于2008年提出智能電網(wǎng)的建設(shè)任務(wù)與路線。而歐洲也在2006年確立了智能電網(wǎng)的發(fā)展方向并對電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)實行升級改造ADDINCNKISM.Ref.{3E0E6862D7B244568F2078DBB1357B51}[5]。至此，世界各國的電力行業(yè)逐漸被帶動并快速發(fā)展。由全球風(fēng)能協(xié)會（GWEC）統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，截止2015年，國外風(fēng)電裝機容量已超過傳統(tǒng)化石能源發(fā)電裝機容量，大約為43,200萬千瓦。自2009年來，國外風(fēng)力發(fā)電機組的新增裝機容量變化趨勢較為穩(wěn)定。但在2019年時，國外風(fēng)力發(fā)電機組的累計裝機容量已突破60,000萬千瓦ADDINCNKISM.Ref.{A1D4125E0D5A4b26B580E815E491D3B3}[6]。2009~2019年國外風(fēng)力發(fā)電裝機容量對比如圖1-1所示。圖1-12009~2019年國外風(fēng)力發(fā)電裝機容量對比由于可持續(xù)發(fā)展的觀念在全球得到普遍傳播與認(rèn)可，世界各國更加注重風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)實意義，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到強烈支持。因此，風(fēng)力發(fā)電的成本在很大程度上得以減少，許多國家在電價上能保持風(fēng)電與其他化石能源發(fā)電的一致，強烈促進了可持續(xù)發(fā)展的大循環(huán)，實現(xiàn)經(jīng)濟性的滿足。與此同時，國外也已開發(fā)出自主設(shè)計風(fēng)電場的應(yīng)用軟件，但還需要進一步優(yōu)化與升級。國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電研究現(xiàn)狀我國風(fēng)力發(fā)電的起步與發(fā)展時間與國外相比較晚。在2009年的“特高壓技術(shù)國際會議上”，國家電網(wǎng)首次提出名為“堅強智能電網(wǎng)”的三階段發(fā)展規(guī)劃。在2015年，我國更是頒發(fā)了《中華人民共和國可再生能源法》建立較為完備的法律法規(guī)體系。此后，通過更加完善的智能電網(wǎng)管理標(biāo)準(zhǔn)和更加合理的運行控制方案，結(jié)合我國的實際用電供需情況，我國智能電網(wǎng)取得了良好的成效，其中風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也得到了巨大發(fā)展。由GWEC統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，自2016年來，我國風(fēng)力發(fā)電機組的新增裝機容量呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的變化趨勢。與此同時，從2009年至2019年，我國風(fēng)力發(fā)電機組的累計裝機容量從1,200萬千瓦增加至23,400萬千瓦，增長速度十分迅速，預(yù)測近幾年其數(shù)值還會創(chuàng)新高ADDINCNKISM.Ref.{1D9297D4BDD34b97B6417ED382DC684B}[6]。2009~2019年國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電裝機容量對比如圖1-2所示。圖1-22009~2019年國外風(fēng)力發(fā)電裝機容量對比據(jù)國家能源局發(fā)布的《2021年全球電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)》顯示，我國風(fēng)電新增裝機4,757萬千瓦，全國風(fēng)力發(fā)電機組的累計裝機容量為33,000萬千瓦，同比增長16.6%；平均利用率96.9%，較去年同期增加0.4%。在“十四五”的開局之年，在“雙碳時代”的啟動之年，我國作為風(fēng)力發(fā)電的倡導(dǎo)者，講述了一個更為廣大的、關(guān)于減排兌現(xiàn)承諾的綠色發(fā)展故事。我國幅員遼闊，風(fēng)能豐富，特別是在一些地理位置偏僻、地形地貌相對復(fù)雜和供電相對短缺的地區(qū)，非常適合大力發(fā)展風(fēng)電。由中國氣象部門的評估數(shù)據(jù)可知，中國最大的風(fēng)能資源區(qū)主要集中在東南沿海及其附近島嶼，而內(nèi)蒙古和甘肅北部是最大的風(fēng)能資源毗連區(qū)域ADDINCNKISM.Ref.{3EDF0C2F27C149238CFA17296F14BCE5}[7]。截止2021年底，全國十大風(fēng)電裝機省份分別是：內(nèi)蒙古、河北、新疆、江蘇、山西、山東、河南、甘肅、寧夏和廣東。全國風(fēng)電裝機分布圖和2021年全國十大風(fēng)電裝機省份排行分別如圖1-3和圖1-4所示。圖1-3全國風(fēng)電裝機分布圖圖1-42021年全國十大風(fēng)電裝機省份排行由此可見，我國的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)化水平進步飛速，風(fēng)電場設(shè)計規(guī)模逐漸壯大，相關(guān)從業(yè)技術(shù)人員水平不斷提升，未來風(fēng)能必然成為全球的第三大能源，風(fēng)能的優(yōu)勢決定其未來的發(fā)展。但不可忽視的是，我國的風(fēng)電場設(shè)計仍然存在著程序化，缺乏特殊性等不足之處ADDINCNKISM.Ref.{9E9C45CD0B4D4476AD8259908BB8C16A}[8]，故在風(fēng)能的充分利用上還具有一定的挑戰(zhàn)性。本文主要研究內(nèi)容本文針對某地區(qū)的地形地貌和風(fēng)能質(zhì)量進行勘測評估后，利用場區(qū)特征確立規(guī)劃區(qū)域，選擇適合的風(fēng)力發(fā)電機組，制定恰當(dāng)?shù)陌惭b方案，最終與電網(wǎng)相連。在風(fēng)電場的基本格局大致確定的基礎(chǔ)上，進行電氣一次系統(tǒng)設(shè)計和電氣二次系統(tǒng)設(shè)計，主要內(nèi)容包括通過短路電流的計算選擇主要電氣設(shè)備、規(guī)劃電力線路布局、防雷與照明設(shè)計、監(jiān)控配置和繼電保護等，完成該風(fēng)電場的設(shè)計與優(yōu)化。風(fēng)機選型及安裝方案引言風(fēng)電場的選址是循序漸進的過程。確定完大致的宏觀選址后，再縮小為一個前提范圍，根據(jù)風(fēng)電場所處地區(qū)的地形地貌，結(jié)合風(fēng)能資源的特征分析，進行風(fēng)力發(fā)電機選型和制定安裝方案。最終在確保機組安全運行的基礎(chǔ)上，以風(fēng)電場現(xiàn)實效益最佳為目的，完成風(fēng)電場的設(shè)計。風(fēng)電場地貌及風(fēng)能資源情況對風(fēng)電場所處地區(qū)進行地形地貌和風(fēng)能資源的勘測，在風(fēng)力發(fā)電機的選型以及布置上具有現(xiàn)實意義。若風(fēng)電場的選址不合理、不科學(xué)，即使使用性能優(yōu)異的機組也會降低風(fēng)電場的效能，甚至由于湍流等因素導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機運行時發(fā)生倒塌、飛車等事故ADDINCNKISM.Ref.{1A37ADF2C2B84646AA6043E468A20306}[9]。因此，風(fēng)電場選址顯得格外重要。2.2.1風(fēng)電場地形地貌該風(fēng)電場處于松遼平原腹地，屬于溫帶大陸性氣候，為丘陵臺地地貌，起伏較小，坡度不高，地面崎嶇不平。由我國建標(biāo)庫《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖GB18306-2015》可知，該風(fēng)電場所處地區(qū)的基本地震動峰值加速度為0.05g，基本地震動加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35s，符合本次工程地質(zhì)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，考慮其地下水深度和土壤腐蝕度等外部因素，得出該地區(qū)的工程地質(zhì)穩(wěn)定性高的結(jié)論，初步確定施工方案的可行性。中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖和中國地震動加速度反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖分別如圖2-1和2-2所示。圖2-1中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖圖2-2中國地震動加速度反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖2.2.2風(fēng)能資源參照風(fēng)電場及其周圍70m的風(fēng)功率密度分布示意圖，結(jié)合當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)氣象數(shù)據(jù)，風(fēng)電場所在地區(qū)高50~70m處的風(fēng)向大多為西南-西-西北風(fēng)，年平均風(fēng)速為6.63~6.85m/s，年平均功率密度為331.5~367。由以上風(fēng)能數(shù)據(jù)可知，該風(fēng)電場所處地區(qū)最大風(fēng)向頻率與最多風(fēng)能的頻率方向大致相同，在布置風(fēng)力發(fā)電機上具有很大優(yōu)勢。在本次設(shè)計中，確定風(fēng)力發(fā)電機的布置區(qū)域海拔在150~270m之間，占地面積為20。風(fēng)電場及其周圍70m的風(fēng)功率密度分布示意圖如圖2-3所示。圖2-3風(fēng)電場及其周圍70m的風(fēng)功率密度分布示意圖風(fēng)機選型及技術(shù)特點2.3.1風(fēng)機選型指標(biāo)在確定風(fēng)力發(fā)電機型號時，有以下幾項指標(biāo)需要考量分析：結(jié)合上述風(fēng)電場地形地貌，為了實現(xiàn)更好地利用風(fēng)能資源的目的，該風(fēng)電場應(yīng)安裝應(yīng)用IEC61400-1型號風(fēng)力發(fā)電機中基本等級參數(shù)為ⅢC類高于ⅢC類的機組。由國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心所提供的風(fēng)電場歷史氣溫數(shù)據(jù)可知，該風(fēng)電場所處地區(qū)最高溫度高達(dá)37.8℃，最低溫度僅僅只有-37.2℃。因此，將同時能夠承受高溫與低溫的風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)用到該風(fēng)電場較為合理。所選機型具有較高性價比，并且具備相應(yīng)的售后保障服務(wù)，確保機組的運行可靠性和故障后的修復(fù)快速性。在現(xiàn)有的裝機容量為1.5MW風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)品中，滿足上述指標(biāo)的有以下三種型號：WTG1、WTG2和WTG3。2.3.2風(fēng)機選型比較2.3.1中選出的三種風(fēng)力發(fā)電機在目前較為流行，并且運用了相對成熟的技術(shù)，主要是變速恒頻技術(shù)、變槳控制技術(shù)和最大功率跟蹤技術(shù)。預(yù)選風(fēng)電機組主要技術(shù)參數(shù)表如表2-1所示。由表可知，WTG1、WTG2和WTG3所用的發(fā)電機都是雙饋異步發(fā)電機，具有控制和產(chǎn)生無功功率，代替電網(wǎng)勵磁而從轉(zhuǎn)子電路中勵磁等優(yōu)點；在功率調(diào)節(jié)上采用先進的控制方式，實現(xiàn)槳葉的節(jié)距角的變化和變速恒頻技術(shù)ADDINCNKISM.Ref.{1CFFF7112D41447c97A8689C46AB6842}[10]。關(guān)于變速恒頻技術(shù)的實現(xiàn)有兩種方式：當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時，控制機組通過最大功率跟蹤技術(shù)輸出最大功率，實現(xiàn)風(fēng)能資源的最大利用；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時，通過槳葉的節(jié)距角調(diào)節(jié)，實現(xiàn)氣流改變槳葉的攻角，達(dá)到控制風(fēng)輪捕獲的氣動功率和氣動轉(zhuǎn)矩，降低風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，并擴大風(fēng)速的利用范圍的效果。表2-1預(yù)選風(fēng)電機組主要技術(shù)參數(shù)表技術(shù)參數(shù)機型WTG1-1500WTG2-1500WTG3-1500結(jié)構(gòu)形式上風(fēng)向三葉片上風(fēng)向三葉片上風(fēng)向三葉片額定功率/kW150015001500葉輪直徑/m82.982.782單位千瓦掃風(fēng)面積/m3.5993.5863.583額定風(fēng)速/m/s10.510.510.3切入風(fēng)速/m/s333切出風(fēng)速/m/s202020輪轂高度/m7065/8070功率調(diào)節(jié)變槳變速變槳變速變槳變速發(fā)電機雙饋異步發(fā)電機雙饋異步發(fā)電機雙饋異步發(fā)電機出口電壓/V690690690氣動剎車三葉片順槳三葉片順槳三葉片順槳生存風(fēng)速59.559.559.5IEC等級IIIAIIIAIIIAWTG1、WTG2和WTG3的功率曲線圖如圖2-4所示。由圖可知，三種風(fēng)力發(fā)電機的功率曲線大致重合，但在細(xì)微之處上，WTG1的功率最高，其次是WTG3，再者是WTG2。圖2-4WTG1、WTG2和WTG3的功率曲線圖在此基礎(chǔ)上，進行風(fēng)力發(fā)電機的選型時仍需考慮其年上網(wǎng)電量的差異。WTG1、WTG2和WTG3的年上網(wǎng)電量表如表2-2所示。表2-2WTG1、WTG2和WTG3的年上網(wǎng)電量表機型WTG1-1500WTG2-1500/65WTG2-1500/80WTG3-1500單機容量（kW）1500150015001500額定風(fēng)速（m/s）10.510.510.510.5葉輪直徑（m）82.982.782.782輪轂高度（m）70658070裝機臺數(shù)（臺）33333333裝機容量（MW）49.549.549.549.5理論年發(fā)電量（萬kWh）15712.314787.116138.316241.1尾流損失（%）5.25.14.84.8尾流折減后年發(fā)電量（萬kWh）1430413465.6314746.7514845.3綜合折減系數(shù)（%）70.1170.1370.3770.31年上網(wǎng)電量（萬kWh）10574.539954.7510901.8410968.48等效滿負(fù)荷小時數(shù)2136.272011.062202.392215.86容量系數(shù)0.240.230.250.25風(fēng)機安裝方案由表2-1、圖2-4和表2-2的數(shù)據(jù)可知，WTG3的技術(shù)參數(shù)相較于WTG1和WTG2并無較大差別，并且輸出功率較高，年上網(wǎng)電量在三種風(fēng)力發(fā)電機中位居第一，各項數(shù)據(jù)均排在最佳的位置。綜合考慮，WTG3為本次風(fēng)電場設(shè)計的不二之選，并確認(rèn)采用33臺單機容量為1.5MW的WTG3風(fēng)力發(fā)電機實現(xiàn)49.5MW風(fēng)電場的設(shè)計。小結(jié)本章基于風(fēng)電場所處地區(qū)的地理環(huán)境和風(fēng)能資源，預(yù)選出三種較為合適的風(fēng)力發(fā)電機機型，并且通過對其技術(shù)參數(shù)、輸出功率和年上網(wǎng)電量的對比分析，選出最優(yōu)風(fēng)力發(fā)電機，即WTG3后，確認(rèn)大致布機方案，即采用33臺單機容量為1.5MW的WTG3風(fēng)力發(fā)電機，完成49.5MW風(fēng)電場的設(shè)計。風(fēng)電場設(shè)計方案3.1引言本次風(fēng)電場的規(guī)劃目標(biāo)是實現(xiàn)49.5MW風(fēng)電場的設(shè)計，故需要33臺單機容量為1.5MW的WTG3型風(fēng)力發(fā)電機實現(xiàn)49.5MW風(fēng)電場的設(shè)計。首先通過分析風(fēng)電場的建設(shè)現(xiàn)狀，以此確定設(shè)計范圍，制定設(shè)計原則。接著，考慮未來擴建需求，制定主變壓器的設(shè)計方案。通過以上思路進行詳細(xì)規(guī)劃，完成本次風(fēng)電場的規(guī)劃建設(shè)。3.2風(fēng)電場設(shè)計現(xiàn)狀、范圍及原則3.2.1風(fēng)電場設(shè)計現(xiàn)狀在本次接線設(shè)計中，將33臺風(fēng)力發(fā)電機平均分成3回，每回11臺。在每臺機組出口處通過1kV電壓等級的電纜線連接到變電箱，將出口電壓690V升至35kV，連接到35kV母線上。35kV母線再通過220kV電壓等級、容量為100MW的主變壓器連接到220kV母線，將電壓35kV升至220kV。由此初步制定本次風(fēng)電場的設(shè)計方向。3.2.2風(fēng)電場設(shè)計范圍本次風(fēng)電場的設(shè)計包括風(fēng)力發(fā)電場區(qū)和220kV升壓站，分成兩個部分開展，分別是電氣一次系統(tǒng)和電氣二次系統(tǒng)進行研究。而由于外部環(huán)境因素，除去電氣設(shè)計外的進站道路規(guī)劃、給排水設(shè)施以及系統(tǒng)通信問題，并不屬于本次設(shè)計范圍內(nèi)。3.2.3風(fēng)電場設(shè)計原則在本次風(fēng)電場的主接線設(shè)計中，必須滿足的首要條件是風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)之間的適應(yīng)性，基于此再堅持標(biāo)準(zhǔn)一致、技術(shù)先進、運行高效和投資合理的原則?？紤]到未來風(fēng)電場的檢修維護和再規(guī)劃問題，風(fēng)電場的設(shè)計需要保證方案盡可能普遍化、風(fēng)電接入盡可能規(guī)范化、升壓變電站盡可能標(biāo)準(zhǔn)化和集電線路盡可能模塊化，并且預(yù)留一定的擴展容量。3.3主變臺數(shù)的選擇本次風(fēng)電場的設(shè)計在主變壓器的型號選用、臺數(shù)選擇和容量選擇上，需要實現(xiàn)目前風(fēng)電場的電氣設(shè)計，并為之后的擴建打下基礎(chǔ)，主要考慮的是變壓器是否為兩線圈、是否為三相、損耗和噪音是否較低等技術(shù)參數(shù)，能否實現(xiàn)有載調(diào)壓和自然油循環(huán)風(fēng)冷電力系統(tǒng)等必要功能。具體有以下三點要求：第一，保證主變壓器的選擇原則合理。當(dāng)電力線路的負(fù)荷較大時，或者對于一級負(fù)荷和二級負(fù)荷的電力線路，選擇兩臺或兩臺以上的主變壓器，保證電能傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，降低電力線路的故障率，減少電力線路維修成本；當(dāng)電力線路的負(fù)荷較小時，選擇一至兩臺主變壓器，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，避免電能浪費的情況，保證工程上的經(jīng)濟效益。第二，保證主變壓器的臺數(shù)選擇準(zhǔn)確。主變壓器的臺數(shù)選擇與風(fēng)電場所在地區(qū)的主要用電量有關(guān)。若風(fēng)電場所在地區(qū)為城市或城郊，用電量較大，應(yīng)先了解該地的中低壓環(huán)網(wǎng)情況，一般選擇兩臺主變壓器；若風(fēng)電場所在地區(qū)為工業(yè)區(qū)或開發(fā)區(qū)，或者位置較為偏僻，一般選擇三臺或三臺以上的主變壓器，保證供電的安全高效，降低電力線路的故障率。第三，保證主變壓器的容量選擇有效。當(dāng)前，我國大部分變電站是根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和主要負(fù)荷量或者未來的負(fù)荷計劃決定主變壓器的容量。因此，必須考慮風(fēng)電場所在地區(qū)的以上影響因素進行主變壓器的容量選擇ADDINCNKISM.Ref.{9DDBAD136A394ee8BDB40C485BBDB214}[11]。與此同時，主變壓器的接地方式應(yīng)為220kV中性點接地，35kV經(jīng)消弧線圈接地。除此之外，本次風(fēng)電場的設(shè)計應(yīng)結(jié)合風(fēng)電場所在地區(qū)的具體情況，考慮之后的維護和檢修問題，最大程度上減少支出ADDINCNKISM.Ref.{FB026EF48F6F4f3492049243EC6D1ED1}[10]。在本次風(fēng)電場的設(shè)計中，通過當(dāng)前的變壓器市場上的產(chǎn)品分析，選用技術(shù)先進和運行高效的主流變壓器；通過風(fēng)力發(fā)電機的裝機容量、風(fēng)電場所在地區(qū)的地形地貌、施工難易程度和經(jīng)濟效益等條件，確定主變壓器的臺數(shù)。參考變壓器設(shè)計方案中的慣例，制定了以下兩種設(shè)計方案。方案一：目前采用一臺容量為50MVA的主變壓器，之后風(fēng)電場進行擴建時再投入變壓器。這個方案在擴建時將增加電力系統(tǒng)回路數(shù)。方案二：目前采用一臺容量為100MVA的主變壓器，之后風(fēng)電場進行擴建時共用本臺變壓器。這個方案在擴建時將減少電力系統(tǒng)回路數(shù)。對比方案一和方案二，方案二所需要的配電裝置明顯較少?？紤]到單臺不同容量的主變壓器在占地面積上只有細(xì)微的區(qū)別，所以方案二較方案一更具有經(jīng)濟性，大大減少了投資。因此，本次風(fēng)電場的主變壓器設(shè)計采用方案二，即安裝一臺容量為50MVA的主變壓器，之后擴建風(fēng)電場時也不會增加回路ADDINCNKISM.Ref.{E1CD6C53179C4427915AC02031960A66}[12]。3.4小結(jié)本章基于風(fēng)電場的設(shè)計現(xiàn)狀，初步制定了本次風(fēng)電場的設(shè)計方向，確定設(shè)計范圍，即電氣一次系統(tǒng)和電氣二次系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合之后擴建的實際情況制定本次風(fēng)電場的設(shè)計原則和要求，確定主變壓器的設(shè)計方案。電氣一次系統(tǒng)設(shè)計4.1引言本次風(fēng)電場的電氣設(shè)計中，最為重要的就是確定高壓部分的設(shè)計，換而言之就是確定電氣的主接線方案。結(jié)合主接線的設(shè)計原則與具體要求，設(shè)計電氣主接線方案，再進一步進行短路計算和電氣總平面的布置等工作。4.2電氣主接線4.2.1主接線設(shè)計原則在電氣一次系統(tǒng)設(shè)計中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是主接線的設(shè)計，因為電氣主接線關(guān)系到電力系統(tǒng)中選擇不同的裝置和模塊，關(guān)系電力系統(tǒng)的正常運行。本次風(fēng)電場的主接線設(shè)計需要在保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠安全、并網(wǎng)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定和輸出優(yōu)質(zhì)的電能的基礎(chǔ)上，同時保證接線盡可能簡單，便于后續(xù)維護和檢修，甚至擴建，提高工程經(jīng)濟效益。在本次風(fēng)電場的主接線設(shè)計中，尤其需要引起重視的是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，其能否定位故障發(fā)生在何處，并將故障設(shè)備快速切除于電路中，便于檢修人員查找故障原因進行維修，盡快恢復(fù)故障設(shè)備的正常運行。4.2.2主接線設(shè)計要求可靠性主接線的可靠性是保證生活生產(chǎn)供電質(zhì)量的基本原則之一，包括宏觀可靠性和微觀可靠性，宏觀可靠性是指電氣一次系統(tǒng)和電氣二次系統(tǒng)之間相互配合的可靠性，微觀可靠性是指主接線的可靠性。其中最重要的是電氣設(shè)備的可靠性，可靠的電氣設(shè)備將大大減少對于電力線路的投資。關(guān)于主接線的可靠性具體有以下四點要求：第一，在巡檢斷路器等電氣設(shè)備時，保證電能的穩(wěn)定輸出；第二，當(dāng)母線和斷路器等重要電氣設(shè)備發(fā)生故障或損壞時，一級負(fù)荷做到保證不斷電，二級負(fù)荷做到保證盡可能不斷電；第三，諸如風(fēng)力發(fā)電機組的大容量發(fā)電機組必須保證電能的可靠性；第四，諸如風(fēng)電場的電能上游供應(yīng)側(cè)必須保證電能的可靠性。靈活性主接線的靈活性主要是應(yīng)對隨時可能發(fā)生的調(diào)度不同、日常檢修和擴展容量等問題，具體有以下三點要求：第一，調(diào)度時需要保證一定的靈活性。只有發(fā)電機、電力線路和變壓器實現(xiàn)靈活地投切，才能與電力系統(tǒng)的負(fù)荷的不確定性和發(fā)生故障時的不確定性相適應(yīng)。第二，檢修時需要保證一定的靈活性。任何電氣設(shè)備在保證不間斷供電的基礎(chǔ)上靈活地投切，才能同時實現(xiàn)供電與檢修。第三，擴容時需要保證一定的靈活性。電力線路之間實現(xiàn)靈活地修改，才能在新的機組與舊的機組之間達(dá)到融合。經(jīng)濟性主接線的經(jīng)濟性是在保證可靠性和靈活性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，如果不能同時實現(xiàn)主接線的可靠性和靈活性，更談不上保證經(jīng)濟性。關(guān)于主接線的經(jīng)濟性具體有以下三點要求：第一，投資盡可能少。首先，在主接線上選擇最為節(jié)省線材的設(shè)計，從而減少主接線上的保護設(shè)備，例如避雷器和互感器等。其次，在主接線的設(shè)計上盡可能保證二次接線的簡易。第二，占地面積盡可能小。風(fēng)電場的設(shè)計不僅有一次設(shè)備的安裝，還有二次設(shè)備的安裝。因此，考慮到其他二次設(shè)備的布置，必須保證主接線設(shè)計的占地面積較小。第三，電能損失盡可能少。這一要求具體體現(xiàn)在升壓站的主變壓器的選擇上，如果能夠使用一級升壓，盡可能不使用二級升壓ADDINCNKISM.Ref.{462EE0E8EC8A42a89AFF40452F24A8BC}[13]。4.2.3主接線設(shè)計方案主接線的基本形式及其優(yōu)缺點單母線接線在變電站的電氣主接線設(shè)計中，多使用單母線接線。單母線接線就是通過一個開關(guān)控制接在這組母線上的所有電源和回路，所有電氣設(shè)備在這組母線上串聯(lián)運行。單母線接線的主要優(yōu)點是接線較為簡單，操作較為方便，連接設(shè)備少，經(jīng)濟性高，并且母線便于向兩端延伸，方便擴建；主要缺點是可靠性低，靈活性差，當(dāng)母線或母線側(cè)隔離開關(guān)檢修或故障時，所有設(shè)備和回路都要停止運行。因此，單母線接線的形式適用于出線回路較少和對電能供應(yīng)的可靠性要求較低的變電站中。雙母線接線雙母線接線就是兩組母線同時運行，并且通過母聯(lián)斷路器實現(xiàn)并列工作，平均分配電源和負(fù)荷。雙母線接線的主要優(yōu)點是供電可靠，當(dāng)檢修其中一組母線時，另一組母線通過倒閘操作實現(xiàn)正常工作，不影響正常供電；調(diào)度靈活，不同電源與回路負(fù)荷根據(jù)電力系統(tǒng)的實際情況隨意分配到任一組母線中；方便擴建，擴建母線時不影響其正常運行。主要缺點是增加了母線長度和配電裝置的架構(gòu)，增大了占地面積，增加工程成本；變更主接線形式時，倒閘操作容易導(dǎo)致誤操作；檢修回路斷路器時，該回路將斷電；任何一組母線故障時短時停電，母聯(lián)故障時兩組母線都停電。橋形接線橋形接線分為外橋接線和內(nèi)橋接線。外橋接線的主要優(yōu)點是調(diào)整變壓器較為簡單，無需較多設(shè)備；主要缺點是在斷路器故障時，必須停止變壓器的運轉(zhuǎn)，直接影響正常的電能供應(yīng)。內(nèi)橋接線的主要優(yōu)點是高壓斷路器較少，切換線路較為簡單；主要缺點是在斷路器故障時，檢修時間較長，且線路必須斷電。角形接線角形接線的主要優(yōu)點是有效減少投資成本，當(dāng)線路或設(shè)備故障時，只需切除故障元件，且不影響電力系統(tǒng)的正常運行；主要缺點是選擇電器設(shè)備時考慮的影響因素較多，不利于后續(xù)擴建變電站。變壓器—線路單元接線變壓器—線路單元接線的主要優(yōu)點是操作方便，連接設(shè)備少，有效減少投資成本；主要缺點是當(dāng)線路或變電站的電氣設(shè)備故障時，線路必須斷電，很大程度上影響供電ADDINCNKISM.Ref.{6029CB78A1FB46558D3D6B7BDEDADED7}[14]。升壓站電氣主接線本次風(fēng)電場的220kV升壓站電氣主接線設(shè)計采用單母線接線，出線1回。由于220kV升壓站的出線為1回，當(dāng)電力線路故障時，整個升壓站將會斷電，所以在出線處裝設(shè)斷路器顯得多此一舉，且增加了工程成本，提高了電氣設(shè)備故障率ADDINCNKISM.Ref.{875A093ABF43465cB7C1C52F13F4F755}[15]。風(fēng)電場電氣主接線由前文選出的風(fēng)力發(fā)電機WTG3可知其出口電壓為690V，通過裝設(shè)升壓變壓器以及一系列升壓過程接至220kV變電站中。其中，裝設(shè)升壓變壓器有兩個方案，分別是將690V升至10kV或35kV。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機為兆瓦級時，若將690V升至10kV，每回10kV的匯流母線上可接3-4臺風(fēng)力發(fā)電機；若將690V升至35kV，每回35kV的匯流母線上可連接更多的風(fēng)力發(fā)電機。由此可知，將690V升至35kV的升壓方案更加合適，減小線損，節(jié)省電力線路投資成本，提高工程經(jīng)濟性。因此，結(jié)合風(fēng)電場主接線的設(shè)計原則和要求，參考當(dāng)前的風(fēng)電場設(shè)計一般慣例設(shè)計主接線方案，一是在電壓匹配方面，風(fēng)力發(fā)電機和箱式變壓器在低壓出線側(cè)設(shè)定為690V，高壓出線側(cè)設(shè)定為35kV；二是在電能輸送的經(jīng)濟性方面，將33臺單機容量為1.5MW的WTG3型風(fēng)力發(fā)電機平均分為3組，每組各11臺。最終實現(xiàn)本風(fēng)電場的電能供應(yīng)。風(fēng)電場的電氣主接線圖如圖4-1所示。圖4-1風(fēng)電場的電氣主接線圖4.3.3短路電流的計算過程4.3一次系統(tǒng)短路電流計算計算一次系統(tǒng)的短路電流，將為本次風(fēng)電場設(shè)計的電氣設(shè)備選擇提供參考。下文將在短路電流的計算要求上，計算出該風(fēng)電場的短路電流。4.3.1短路電流的計算目的由于短路電流的數(shù)值直接決定了電氣設(shè)備的絕緣裝置和防護措施，所以其也為斷路器和互感器等電氣設(shè)備的選擇提供依據(jù)。短路電流的數(shù)值為繼電保護等等裝置的整定數(shù)據(jù)提供依據(jù)。評價主接線的設(shè)計方案時，短路電流的結(jié)果作為評價依據(jù)，確定電力線路中是否需要添加抑制短路電流的設(shè)計方案。短路電流的計算結(jié)果與電力系統(tǒng)瞬態(tài)穩(wěn)定性和通信線路的電磁屏蔽等工作有關(guān)。確定中性點的接地方式ADDINCNKISM.Ref.{5DBF83BD95FE45ec8A6E9F659793D751}[13]。4.3.2短路電流的計算要求在計算該風(fēng)電場的短路電流的過程中，假設(shè)電力系統(tǒng)在正常運行時發(fā)生短路，短路電流值為峰值時，遵循以下四點要求進行計算：第一，不僅是所有的電源，而且電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備都在額定功率下運行；第二，電力系統(tǒng)在最大運行方式的接線方式下運行；第三，按照三相短路的故障情況進行短路電流計算；第四，關(guān)于短路計算點的選擇，為電氣設(shè)備的短路電流節(jié)點ADDINCNKISM.Ref.{F1B58A6B17D34f0b91BECE1D53C02362}[12]。4.3.3短路計算的過程在短路計算的過程中選擇系統(tǒng)阻抗時，選取220kV側(cè)的阻抗，選取100MW為基準(zhǔn)容量，35kV的母線按兩臺主變壓器分列運行仿真。使用PSASP軟件畫等值阻抗圖。等值阻抗圖如圖4-2所示。圖4-2風(fēng)電場的等值阻抗圖根據(jù)等值阻抗圖設(shè)置故障類型和故障地點。運行單線圖，輸出短路報表。短路電流計算結(jié)果表如表4-1所示。表4-1短路電流計算結(jié)果表短路電流簡表短路作業(yè)名：作業(yè)1故障類型：ABC三相短路區(qū)域分區(qū)廠站全網(wǎng)全網(wǎng)全網(wǎng)母線名短路電流（kA）短路容量（MVA）0.69kV41.5730.69220kV16.884260.1335kV23.39939.13由短路電流的計算結(jié)果可知，本次風(fēng)電場設(shè)計的35kV母線和220kV母線的短路電流水平分別為31.5kA和40kA。確定完短路電流這一參數(shù)后，下文將以此選擇主要電氣設(shè)備。4.4主要電氣設(shè)備選擇根據(jù)《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定》和以上的短路電流計算結(jié)果，主要電氣設(shè)備的選擇如表4-2所示。表4-2主要電氣設(shè)備的選擇風(fēng)力發(fā)電機組序號設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1風(fēng)力發(fā)電機組WTG3額定電壓690V額定容量1.5MW出廠標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)：1.0功率因數(shù)可調(diào)節(jié)范圍：-0.9～+0.95臺332機組保護控制柜套33機組配套升壓站設(shè)備序號設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1主變壓器SFZ10-100000/220100MW，220±8×1.25%/35kV，Ud=14%，Ynd11臺1帶載調(diào)壓2中性點接地保護裝置套13隔離開關(guān)GW7-220額定電壓：220kV額定電流：2000A額定短時耐受電流：40kA/4s額定峰值耐受電流：100kA三相組74斷路器LW14-220額定電壓：220kV額定電流：2000A額定頻率：50HZ額定開斷電流：40kA額定關(guān)合電流（峰值）：100kA熱穩(wěn)定電流（3s）：40kA三相組15抽屜式斷路器三相組16避雷器YH10W-204/532臺47電流互感器LCWB6-220變流比：2*300/5A額定電壓：220kV臺2835kV共箱母線2500A米25935kV開關(guān)柜KYN-40.5出線柜：KYN口－40.5額定電壓：40.5kV額定電流：2000A4s熱穩(wěn)定電流：31.5kA額定動穩(wěn)定電流：80kA進線柜：額定電壓：40.5kV額定電流：630A4s熱穩(wěn)定電流：25kA額定動穩(wěn)定電流：63kA面101035kV場用變壓器SC11-315/35/0.4容量315kVA電壓比：35±2×2.5%/0.4kVDyn11Ud=6.0%臺11135kV消弧消諧裝置（帶PT）50面112無功自動補償裝置20Mvar動補套113抽屜式低壓配電屏GCS10.4kV面614照明項115接地項1箱變及場內(nèi)線路序號設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1箱式變壓器S11-1600/35額定電壓：高壓側(cè)35kV、低壓側(cè)0.69kV額定容量：1600kVA阻抗電壓：6.5%聯(lián)接組別：Dyn11調(diào)壓范圍：35±2×2.5%高壓負(fù)荷開關(guān)：油浸式負(fù)荷開關(guān)高壓熔斷器：全范圍保護熔斷器低壓斷路器：2000A，50kA（低溫型）臺332電力電纜YJY23-3x240+1x1501kV風(fēng)機至箱變（4根并聯(lián)）3電力電纜YJY23-3x5035kV箱變至電桿4電力電纜YJY23-3x24035kV電桿至開關(guān)柜5電纜終端熱縮型3x240+1x1501kV6電纜終端冷縮型3x5035kV7電纜終端冷縮型3x24035kV送去工程序號設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1220kV架空線路LGJ-3004.5電氣總平面布置及配電裝置布置4.5.1220kV配電裝置220kV的電氣設(shè)備及其配電裝置一般安裝在戶外。結(jié)合風(fēng)電場所在地區(qū)的地理條件，本次風(fēng)電場的設(shè)計采用戶外安裝和分相中型型式單列布置，共計設(shè)置4個間隔，每個間隔寬約13米。4.5.235kV配電裝置與220kV的電氣設(shè)備類似，35kV的配電裝置一般也安裝在戶外。結(jié)合風(fēng)電場所在地區(qū)的自然資源，本次風(fēng)電場的設(shè)計采用戶外安裝和普通中型型式布置，共計設(shè)置9個間隔，每個間隔寬約5.5米。該設(shè)計雖然占地面積較大，但布置簡單，運行高效，母線的檢修較為方便，且建設(shè)工作量小，建設(shè)時間短，具有良好的經(jīng)濟性。4.5.3配電裝置由于電力線路的交叉將影響風(fēng)電場的正常運行，故配電裝置的布置應(yīng)系統(tǒng)規(guī)劃，間隔排列。4.5.435kV無功補償裝置35kV無功補償裝置與風(fēng)電場內(nèi)35kV的電氣設(shè)備臨近布置。4.5.5380/220V場用配電裝置由于380/220V場用配電裝置等低壓設(shè)備電壓等級低，為了確保其經(jīng)濟效益，與用電端臨近布置。4.5.6風(fēng)機塔箱式變壓器風(fēng)機塔箱式變壓器與風(fēng)力發(fā)電機組臨近布置。4.5.7電纜設(shè)施當(dāng)風(fēng)電場內(nèi)電壓等級為220kV的電力線路需要穿過圍墻時，電纜設(shè)施一般采用絕緣套管或地下高壓電纜布置。本風(fēng)電場內(nèi)的主變壓器出口220kV電力線路的電纜需埋在地下或在地下建設(shè)電纜通道，在地下建設(shè)電纜通道時需通過橋架固定電纜。由于電纜線路將通過開關(guān)柜和配電盤等終端設(shè)備進入室內(nèi)，故需用防火絕緣的材料封堵電纜所在的路徑。4.6防雷接地及絕緣配合4.6.1防雷保護結(jié)合風(fēng)電場所在地區(qū)的具體情況可知，本風(fēng)電場處于露天環(huán)境，雷電容易直擊場內(nèi)電氣設(shè)備，造成雷擊過電壓、設(shè)備損害甚至事故發(fā)生，故風(fēng)電場內(nèi)必須裝設(shè)避雷針。根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》DL/T7620-1997的參考標(biāo)準(zhǔn)，本次風(fēng)電場的設(shè)計是裝設(shè)七根避雷針構(gòu)成防雷保護，其中在主變電站裝設(shè)兩根220kV用避雷針，在風(fēng)電場其余位置裝設(shè)五根避雷針ADDINCNKISM.Ref.{93EF382BC4DE43cb85C2C7D31D87F3CE}[16]。除此之外，需在母線上裝設(shè)一組復(fù)合絕緣氧化鋅避雷器防止雷電侵入波導(dǎo)致的電能質(zhì)量下降，在主變壓器的高低側(cè)均裝設(shè)氧化鋅避雷器確保安全ADDINCNKISM.Ref.{D05FEB7711F34dba93CBEC21B655E2C8}[17]。4.6.2接地保護由《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997的參考標(biāo)準(zhǔn)可知，主變壓器接地時需與地面保持水平，且在較高電壓等級時，結(jié)合水平與垂直進行接地，達(dá)到熱穩(wěn)定性的要求。裝設(shè)完主變壓器接地保護后，需在主變電站的人流活動區(qū)裝設(shè)均壓裝置，防止跨步電壓導(dǎo)致事故。4.7站用電及照明通信4.7.1站用電源由于本風(fēng)電場的升壓站內(nèi)的供電電壓為380/220V，需運行低壓設(shè)備，故需在主變電站附近裝設(shè)兩臺三相四線制且中性點接地的變壓器互為備用。當(dāng)電力系統(tǒng)正常運行時，每臺變壓器只給其對應(yīng)的母線供電，而故障時互補運行，提高電力線路的可靠性ADDINCNKISM.Ref.{4D453BD8854A4003B7BCDE3AAEBC9595}[13]。4.7.2全站照明本風(fēng)電場升壓站的站內(nèi)照明分為工作照明和事故照明。工作照明為日常照明，采用380/220V三相四線制TN-C-S系統(tǒng)供電，事故照明即故障照明，采用蓄電池直流母線向直流220V系統(tǒng)供電。當(dāng)工作照明系統(tǒng)故障時，事故照明電源立即投入運行。關(guān)于照明光源又分為室外照明和室內(nèi)照明。室外照明為在主變電站內(nèi)裝設(shè)可自由調(diào)整方向的投光燈，實現(xiàn)站外道路的照明，且在配電裝置區(qū)內(nèi)采用金鹵泛光燈的混合照明。室內(nèi)照明分為工作照明和事故照明，在220kV和35kV配電裝置區(qū)內(nèi)裝設(shè)使用時間較長的節(jié)能型壁燈以及節(jié)能泛光燈實現(xiàn)照明需要；在主控室內(nèi)裝設(shè)防塵防水燈、安全工具室內(nèi)裝設(shè)節(jié)能型壁燈、警衛(wèi)室和資料室內(nèi)裝設(shè)吸頂熒光燈，滿足工作照明的需要；在各配電裝置室內(nèi)裝設(shè)白熾燈，滿足事故照明需要ADDINCNKISM.Ref.{11D83FAEF66E495190BA3B32CFECB315}[18]。4.7.3全站通信電力通信網(wǎng)依托風(fēng)電場進行建設(shè)，屬于風(fēng)電場的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，本風(fēng)電場的通信設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)國家、企業(yè)和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制度和相關(guān)法律法規(guī)，在工程建設(shè)、運行檢修和技術(shù)升級等各個環(huán)節(jié)對通信系統(tǒng)實現(xiàn)全過程和全方位的技術(shù)監(jiān)督，貫徹落實“安全第一，預(yù)防為主，管理和技術(shù)并重，超前預(yù)防”的方針，滿足安全可靠、實用先進和便于擴充等要求ADDINCNKISM.Ref.{4EC94DF7EF5A4bdd84DC69AC6F997E68}[19]，建立健全質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)和計量三位一體的技術(shù)監(jiān)督體系A(chǔ)DDINCNKISM.Ref.{3A15A9D2608846e7A9E1F81BA12FC962}[20]。通信方式一般發(fā)電廠內(nèi)的通信方式通信分為與生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)和與生產(chǎn)管理相關(guān)的信息交互，本風(fēng)電場的站內(nèi)通信由一套數(shù)字程序控制交換機實現(xiàn)信息交互，該交換機共計60門，并具有擴容能力。與此同時，數(shù)字程序控制交換機又與系統(tǒng)中繼相連。中繼接口采用2M數(shù)字接口。通信電源數(shù)字程序控制交換機的通信電源與電力系統(tǒng)的通信設(shè)備共用，采用直流-48V電源配電ADDINCNKISM.Ref.{12222BDCB2AE482585EB58584D44AB54}[21]。4.8小結(jié)本章主要進行風(fēng)電場的電氣一次系統(tǒng)的總體規(guī)劃與設(shè)計。首先根據(jù)主接線的設(shè)計原則和設(shè)計要求制定主接線方案。其次，通過短路電流的計算結(jié)果為電氣設(shè)備的選型提供依據(jù)，總結(jié)出主要電氣設(shè)備的選擇要求。再者，進行電氣總平面的布置設(shè)計。最后不可忽視的是風(fēng)電場內(nèi)的防雷接地保護和照明通信部分，確保風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運行。電氣二次系統(tǒng)設(shè)計引言為了減少本風(fēng)電場接入電網(wǎng)后對電力系統(tǒng)造成的負(fù)面影響，設(shè)計較為完善的電氣二次系統(tǒng)是必不可少的。結(jié)合電氣二次系統(tǒng)接線的設(shè)計原則，本風(fēng)電場對操作單元等電氣設(shè)備進行計算機監(jiān)控，并開展繼電保護裝置的規(guī)劃設(shè)計，確保風(fēng)力發(fā)電機組的正常運行。通過電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計，本風(fēng)電場實現(xiàn)了實時監(jiān)控跟蹤風(fēng)力發(fā)電機組的運行情況，同時為電氣一次系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠保證。 二次接線5.2.1二次接線設(shè)計規(guī)則本風(fēng)電場的電氣二次系統(tǒng)設(shè)計分為綜合樓主控室和電子設(shè)備間。其中綜合樓主控室內(nèi)裝設(shè)風(fēng)力發(fā)電機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)操作臺和圖像監(jiān)控操作臺，電子設(shè)備間裝設(shè)操作電源和繼電保護裝置等二次設(shè)備。本風(fēng)電場的監(jiān)控部分由計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)。當(dāng)電力系統(tǒng)正常運行時，計算機系統(tǒng)發(fā)出控制命令。此外，在風(fēng)電場內(nèi)裝設(shè)監(jiān)控/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)作為監(jiān)控部分的備用操作控制指令。5.2.2信號為了確保計算機監(jiān)控的準(zhǔn)確性，需在本風(fēng)電場的關(guān)鍵位置采用關(guān)鍵點單獨采集的方式。如在主變電站中，在高壓側(cè)的斷路器等電氣設(shè)備的信號采用單獨的點對點的方式，但在低壓側(cè)只需采用串口通信的方式。5.2.3測量本風(fēng)電場在主變壓器220kV出線側(cè)、35kV出線側(cè)和其余變壓器等節(jié)點裝設(shè)三相四線制全電子式多功能電能表采集信號，測量電壓值和電流值。5.2.4電量本風(fēng)電場通過數(shù)字式電量表連接計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電壓值和電流值的采集。5.2.5“五防”系統(tǒng)為保證電力系統(tǒng)的安全運行，本次風(fēng)電場的二次系統(tǒng)設(shè)計需滿足“五防”的要求，即防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)；防止帶電掛（合）接地線（接地開關(guān)）；防止誤分、合斷路器；防止誤入帶電間隔；防止帶地線送電。具體措施如下：第一，為了防止帶電時開后門，在35kV開關(guān)柜后門與地刀或智能操控裝置之間設(shè)置電氣閉鎖；第二，為了防止母線接地時斷路器閉合，在35kV開關(guān)柜內(nèi)的斷路器與母線接地手車之間設(shè)置電氣閉鎖；第三，為了防止手車在工作位或負(fù)荷側(cè)帶電時合地刀，在地刀與手車和智能操控裝置之間設(shè)置電氣閉鎖；第四，為了防止線路帶電或接地時推入手車，在斷路器手車與各自斷路器及35kV開關(guān)柜內(nèi)地刀之間設(shè)置電氣閉鎖；第五，在母線接地手車與各35kV開關(guān)柜內(nèi)斷路器手車和母線帶電顯示器之間設(shè)置電氣閉鎖，在35kV開關(guān)柜內(nèi)斷路器手車均處于試驗位且母線不帶電時可推入接地手車ADDINCNKISM.Ref.{C64418A8419842df837A2F258AE6B831}[22]。計算機監(jiān)控系統(tǒng)5.3.1風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)包括了在線的風(fēng)力發(fā)電機組的控制器以及綜合樓主控室中的集中監(jiān)控裝置。風(fēng)力發(fā)電機組的控制器又分為電源單元和計算機單元，電源單元主要使異步風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)同期，計算機單元主要實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機組運行的控制ADDINCNKISM.Ref.{B0039E191A1D4e049F053B7410D018DF}[23]。在綜合樓主控室中，集中監(jiān)控裝置的對象為33臺單機容量為1.5MW的WTG3型風(fēng)力發(fā)電機，可對其實現(xiàn)遠(yuǎn)程手動開機或停機以及向順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，主要由中央監(jiān)控層、風(fēng)機現(xiàn)地監(jiān)控層和場內(nèi)通信設(shè)備構(gòu)成。其中，中央控制層中配置操作員站、后臺監(jiān)控軟件、服務(wù)器和打印機等，風(fēng)力發(fā)電機組現(xiàn)地監(jiān)控層中配置風(fēng)力發(fā)電機組主控及偏航系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)以及變頻和變槳控制系統(tǒng)等ADDINCNKISM.Ref.{A2525B3E20FD46caB2851CB29558CD5D}[22]。5.3.2升壓站監(jiān)控系統(tǒng)本風(fēng)電場的升壓站內(nèi)系統(tǒng)包括了站控層和間隔層，再加上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。站控層中配置主機兼操作員工作站、遠(yuǎn)動工作站和公用接口裝置等，其中主機和遠(yuǎn)動機工作站完全可靠地測量、監(jiān)視并控制站內(nèi)全部電氣設(shè)備，具有遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，同時做到時鐘同步，與電網(wǎng)的調(diào)度中心進行信息傳輸與交換。間隔層中配置保護測控裝置等二次設(shè)備，其中35kV系統(tǒng)監(jiān)控與保護一體化設(shè)備采集和監(jiān)控就地數(shù)據(jù)ADDINCNKISM.Ref.{48CB31248FAE4d15938BE905F10DA49D}[22]。風(fēng)電場繼電保護裝置5.4.1主變電站保護220kV母線保護采用縱聯(lián)電流差動保護的方式，其中通信方式為光纖通信，通過裝設(shè)獨立觀測屏觀測信號。主變壓器保護主變壓器的變比為35/220kV，且高低壓兩側(cè)均為單母線接線，但高壓側(cè)采用中性點直接接地的形式，低壓側(cè)采用小電流接地的形式。主保護：微機差動保護作用。220kV側(cè)后備保護主變高壓