1、-1-2012.08风电工程电气设计-2-1、风电发展概况2、风电场的组成3、风力发电机组简介4、风电场电气工程设计5、风电场集电线路6、升压站电气工程7、主要电气设备选型目录-3-1930s2006年1995年2007年丹麦安装第一台220kW海上风电机组我国引进技术，06 年 10 月 第 一 台自主创新风机在沈阳华创出厂2010年1995年恩德公司制造了世界第一台兆瓦级机组1990年二十世纪三十年代丹麦瑞典苏联和美国应用航空旋翼技术研制出5kW以下小型风机10 月 国 电 龙 源 集 团风电装机容量率先超过100万千瓦，现已超过800万千瓦2010年6月采用华锐3MW海上风机的上海东海大
2、桥并网全国第一个整机国产化风场在赤峰市翁牛特旗并网中 国 新 增 1600 万 千瓦 ， 累 计 4183 万 千瓦，总容量跃居世界第一风电发展概况风电发展大事记-4-风电发展概况全球风电累计装机前十名国家-5-风力发电机组箱式变电站集电线路风电场升压站并网线路风力发电场的组成风力发电场主要组成部分-6-风力发电机组简介双馈变速恒频型风力发电机组双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时采用双馈型发电机，发电机可以变速，并输出恒频恒压电能。在低于额定风速时，它通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率
3、输出稳定在额定功率。-7-风力发电机组简介双馈变速恒频型风力发电系统风力发电机组简介直驱型风力发电机组直驱型风力发电机组是无齿轮箱的变桨距变速风力发电机组，风轮轴直接与低速发电机连接。直驱型风力发电机组要采用全功率变流器。-8-123456基座偏航系统发电机定子发电机转子轮毂叶片-9-风力发电机组简介直驱型风力发电系统-10-风力发电机组简介风力发电机组相关部件风力发电机的主要部件有：风机叶片、发电机、齿轮箱、控制器、变流器、偏航系统。其他部件有液压刹车系统、散热器、连轴器、轴承等。塔架和结构件包括轮毂、主轴、机舱底坐、法兰盘等。国内为风机厂配套大部件的生产厂数量猛增 ，国产化比例超90%。-
4、11-风力发电机组简介兆瓦级风电机组零部件齿轮箱-12-风力发电机组简介风轮叶片-13-风力发电机组简介兆瓦级风电机组零部件电控系统-14-风力发电机组简介风机塔架-15-风力发电机组简介风机轮毂-16-风力发电机组简介整机装配-17-风力发电机组简介风机基础-18-风力发电机组简介风机吊装-19-风电场电气工程设计线路电气场内集电线路电气一次电气主接线、设备选择、电气设备布置、过电压保护及接地、场用电、照明、图像监视电气二次计算机监控系统、元件保护、二次接线、站用电及直流系统继电保护系统继电保护及安全自动装置调度自动化调度关系、远动信息的传送方式和通道要求、远动信息内容、远动系统、风电场远方
5、电能量计量计费系统、调度数据网络、管理信息网络接入及二次安全防护、调度运行管理系统、调度发电计划管理系统通信部分风电场场内通信、系统通信风电场电气工程设计主要内容-20-风电场集电线路风电场35kV集电线路，单元接线方式采用一机一变的接线。每回35kV线路T接811台风电机组，全场共3回架空线路，均接至风电场110kV升压站的35kV配电装置。架空线路导线选用芯铝绞线，全线架设一根地线。箱变与架空线路之间采用交联聚乙烯绝缘电缆。风机从相应箱变敷设电缆至架空线路电缆终端塔，与架空线路连接。-21-风电场集电线路水泥电杆角钢塔钢管电杆-22-升压站电气工程风电场升压站布置图-23-升压站电气工程某
6、风电场规划容量为99MW，110kV升压站装设2台50MVA110/35kV三相双绕组有载调压主变压器，通过1回110kV线路接入电网系统。本期规划110kV侧采用单母线接线，35kV侧采用单母线分段接线。风电场升压站主接线图-24-升压站电气工程风电场升压站控制和保护风电场控制、保护、测量和信号风力发电机组：风电场监控系统分为在现场单机控制、保护、测量和信号等在控制室对各台风电机组进行集中监控 。箱式变电站 ：箱式变电站高压侧采用负荷开关熔断器保护，低压侧采用自动空气开关作为箱式变内部及风电机组出口引线故障的保护。风电场控制室 ：风电场控制室布置在110kV升压站内，与110kV升压站主控制
7、室在同一房间内。采用计算机监控方式对风电场场区中的风力发电机组进行集中监控和管理。110kV变电站控制、保护、测量和信号计算机监控系统 ：变电站计算机监控系统负责对变电站线路、主变压器和公用设备等的集中监控。元件保护 ：设主变压器保护、35kV线路保护、站用变保护、高压动态无功补偿保护。系统继电保护 ：设110kV线路保护及自动重合闸、故障录波、继电保护试验 。-25-站用电：1台315/400kVA站用变压器。主要电气设备选型风电场升压站主要电气设备选择主变压器：采用三相有载调压双绕组变压器；SZ10-50000/110 。220kV设备：采用GIS设备，额定电流2000A，开断电流为31.
8、5kA，关合电流为80kA 。35kV设备：采用铠装式金属封闭开关柜，额定电流2000/1250/630A，开断电流为31.5kA ，峰值耐受电流为80kA。无功补偿设备：采用SVG设备, 容量为12Mvar。-26-主要电气设备选型方案GIS敞开式安全性可靠性设备绝缘性能GIS设备绝缘性能稳定，以SF6 为绝缘介质，电器设备密封于金属外壳内设备外绝缘不受外界污秽环境影响，适宜在沿海盐雾和污秽等级较高的地区。敞开式设备的大部分电器元件暴露在空气中，绝缘性能受大气环境影响。各元件之间连接GIS设备各元件之间连接采用插接式，置于SF6环境中，SF6气体性能稳定，插头插座不易腐蚀。设备之间也互不影响
9、。隔离开关动静触头和母线暴 露在空 气中 ，受大气环境影响，接头处易锈蚀、发热、影响设备运行，增加维护工作量，降低设备可靠性。安全性由于GIS外壳屏蔽的作用，避免了人身触及高压的危险。必须保持一定的安全距离，易发生人身触及高压的危险。故障率敞开设备的断路器间隔的故障率是GIS断路器间隔的故障率的5-10倍。设备检修维护GlS基本属于免维护性质，维护工作量很小，GIS配电装置占地小。由于设备布置较集中，日常巡视管理方便，大大减少运行维护费用，更适应本工程“无人值班”的管理模式。设备的年漏气率约为10%，其补气周期约为78年，大修周期大于20年，大修间隔时间长。GIS与敞开式设备相比的检修时间相对
10、较长。敞开式设备大多数元件受大气环境影响，运行维护工作量大，仅绝缘子清扫就是一项十分繁重的工作，设备老化及损坏速度相对较快大修周期短、检修次数多，一般2-5年检修一次。运行费用敞开式设备的运行费用约为设备投资的30%，GIS设备的运行费用约为设备投资的1.5%。因此，GIS设备运行费用比敞开式设备低。敞开式设备的运行费用约为设备投资的30%，GIS设备的运行费用约为设备投资的1.5%。因此，GIS设备运行费用比敞开式设备低。两种型式配电装置对比-27-主要电气设备选型TCRMCR静止型动态无功补偿装置SVG-28-主要电气设备选型三种补偿方式的特点综合对比表设备名称MCR型SVCTCR型SVC
11、SVG升压变压器型式多功率单元串联模式补偿原理晶闸管控制部分饱和式电抗器晶闸管阀组控制相控电抗器大功率电压源型有源滤波器+升压变压器多功率单元直接串联接入35kV系统占地面积MCR磁控电抗器结构紧凑，但由于其自身产生大量谐波，且不能输出容性无功功率，需配置2-3个滤波支路，占地面积较大TCR相控电抗器多采用干式空芯结构，且其自身产生大量谐波，不能输出容性无功,2-3个滤波支路占地面积很大采用了大功率电力电子元器件IGBT，占地面积大大减小，但需考虑升压变压器的占地与升压变压器型式的SVG相比，减少了变压器，占地面积最小补偿效果线性调节，不能输出容性无功功率，且其输出无功功率与电网电压的平方成正
12、比，电压越低，输出的无功功率就越低线性调节，不能输出容性无功功率，且其输出无功功率与电网电压的平方成正比，电压越低，输出的无功功率就越低线性调节，可以实现容性到感性无功功率的动态调节，比MCR和TCR范围宽，尤其在低电压时，仍能输出大电流的无功。响应速度约需200ms小于10ms5ms谐波治理自身为谐波源自身为谐波源SVG的通过控制算法对电压源型逆变器输出的控制，可控制其输出谐波，兼作有源滤波器的作用，基本无谐波输出三相不平衡治理效果一般或不治理治理效果好治理效果好损耗较大，约1.82.5%0.5%升压变压器+逆变器约0.250.45%折合损耗0.60.8%功率单元+接入电抗器损耗约0.2-0
13、.4%折合损耗约0.5-0.6%使用寿命运行稳定运行稳定运行稳定运行稳定后期维护费用初始投资低，运行费用高初始投资较高，运行费用较高初始投资较高，运行费用低初始投资较高，运行费用低其他特点经过设计可以直接接入超高压电网，在110kV以上超高压电网中优势非常明显。适合于1035kV电网，110kV以上电网中应用有技术瓶颈。目前的技术，可以直接接入10kV及35KV系统，适用于风电场动态无功调节，对占地有严格要求的场合。-29-主要电气设备选型欧式箱变美式箱变欧变美变结构形式采用高、低压开关柜变压器组成方式将负荷开关，环网开关和熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中体积由于内部安装常规开关柜及变压器
14、，产品体积较大由于采用一体化安装体积较小保护由于风电场箱变容量较小(小于6.3MVA),根据规范可不装设纵差保护。当主变重瓦斯超温或高压侧单相过流时，高低压侧可三相全部跳开。当主变重瓦斯、超温时，仅低压侧可动作跳闸。当高压侧单相过流时，仅此相熔断器熔断，其余相熔断器不熔断，此时靠低压侧欠压或过流保护。价格较高较低可靠性较高较低防腐蚀较好较差散热较差较好-30-交流完毕，感谢各位！风电场及机组接地设计案例主要内容:1风电场接地设计范围2风电场接地设计原则3风电场接地设计程序4风电场接地设计方案5风机-相变基础接地设计案例6风机相变基础接地典型设计7总结1.1风电场电气设计流程风电机 -机组升压变
15、-风场集电线路-升压变电站-高压输电线路-电力系统1.2风电场接地设计范围风机和相变基础接地风电场集电线路接地风电场升压变电站接地风电场监控中心接地2.风电场接地设计原则应收集每台机位的土壤电阻率土壤电阻率变化较大时,应分流进行设计风机基础与相变基础共用一个接地装置接地装置的工频电阻不大于4欧风机的防雷引下线与接地装置的连接点和相变与接地装置的连接点,在地中沿接地体的长度应不小于15米接地体的埋深不小于0.8,并宜敷设在冻土层以下.风机接地装置的接触电位差和跨步电位应满足GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范的要求3.风电场接地设计程序3.1收集资料工程区地基土特征,水文地质条件,
16、水及土的腐蚀性.每个机位不同地基的实测土壤电阻率升压变电站范围不同地基土层的实测土壤电阻率风电场场址冻土深度风电设计方案(主接线，设备选择及布置，设备基础结构及钢筋配置等）3.2选取等值土壤电阻率接地体预计埋设深度3.3确定接地电阻控制值交流电气装置的接地设计规范50065-20113.4选择接地材料热镀锌扁钢；铜包钢；模块；离子棒3.5初定接地设计方案水平接地网尺寸；垂直接地体数量；3.6接地电阻计算水平接地体电阻，垂直接地体电阻；总接地电阻3.7编制施工图计算结果满足要求-可以编制施工图计算结果不满足要求-修改接地方案（扩网，换土，深井，外引等方法）-直至满足3.8设计图纸交底一般在现场进
17、行，解释设计意图，解答技术问题，提出技术和质量要求，强调施工注意事项等。3.9接地电阻实测实测结果满足要求-编制竣工图实测结果不满足要求-完善接地设计方案（扩网，换土，深井，外引等方法）-直至满足3.10接地设计调查回访总结接地设计，施工与运行经验，设计优化4。 风电场接地设计方案4.1风机相变基础接地设计方案。风电机阻和相变共用一个接地系统接地网接地电阻小于4欧发电机组接地系统与接地网连接至少引接3-4处。相式变与接地网连接至少引接2处。4.2风电场集电线路接地按照35KV架空线路设计工程要求，从风场升压变电站侧终端杆开始，在杆塔头部架设不小于1KM的架空防雷地线（GJ-50镀锌钢绞线）。所有架设防雷线的杆塔和安装避雷器的门型构架均要埋设接地装置，要求接地电阻满足下表要求。
