风电场电气二次设计

风电场电气二次设计
作者：孙辰宇
来源：《科学与财富》2016年第16期
摘要：该变电站采用当今先进的全计算机监控系统，分层分布式结构设计，运行人员可在控制楼对全部电气设备进行监控，充分体现了自动化设备配置的可靠性和先进性，能够实现"无人值班"（少人值守）的运行管理方式。

1 工程概况
风电场总装机规模20MW，10台2MW风机。

风电场配套建设一座110kV升压变电站，经一回110kV线路送至电力系统220kV中双港变电站110kV侧。

2 电气二次设计
2.1 风电场计算机监控系统的结构及监控范围
该风电场要求具备“无人值班”的计算机监控系统，将全场的机电设备分风力发电机组和110kV升压变电站两个局域网进行监控。

两个局域网均采用全计算机监控系统、分层分布式结构，必要时两局域网之间可进行信息交换，组成全场计算机监控系统。

风力发电机组监控系统采用可靠性高、传输速度快的光纤以太网环网结构，光纤通道为1根12芯单模光缆。

监控范围为全场10台2.0MW风力发电机组及布置在风电机附近的10台35kV箱式变电站。

110kV升压变电站监控系统采用单以太网结构，监控范围为升压站内
110kV、35kV输变电设备、0.4kV配电设备和站内直流电源系统、火警系统等公用设备。

2.2 风力发电机组计算机监控系统的功能和主要设备配置
风力发电机组计算机监控系统设备分为厂级监控层设备和间隔层设备。

厂级监控层配置一台服务器、一台操作员站等设备，布置在控制室内，主要功能包括：
·控制和监测风机的发电机、气象站和电网
·风场概要—图文显示
·显示任何一台风机和箱变的在线数据，如状态、功率、风速、电压、电流、温度和报警情况
·对整个风场实际有功功率和无功功率的控制
·显示高级功率曲线，包括功率曲线、分布曲线，和多台风机的风力分布曲线
·计算可利用率
·显示风能玫瑰图
·显示发电量
·显示10分钟收集的数据。

10分钟数据包括平均值、标准偏差，以及在此期间的最大值和最小值
·显示整个风电场、单机和气象站的报警和事件纪录
·遥控单台风机或风机组：起动，暂停，停机，偏航，给风机复位
·遥控单台箱变高低压侧开关的分合
间隔层设备包括10台风电机现场监控柜，装设在各风电机塔架内底部。

运行人员可以在风机现场通过人机对话进行开机、停机、手动偏航等动作。

风力发电机在运行过程中，现地控制单元在线监视风力发电机的运行状态，使机组维持安全、优化运行水平。

2.3 110kV升压变电站计算机监控系统的功能和主要设备配置
升压变电站计算机监控系统设备分为站控层和间隔层设备。

站控层配置一台主机兼操作员工作站、一台公用接口装置、GPS时钟同步装置及打印机等设备，布置在中控楼主控室和继保室内，主要完成变电站内所有变配电设备的监视和控制。

主要功能包括：
·监视变电站内所有变配电设备的电流、电压、有功、无功、频率，各断路器、隔离开关的分、合位置，主变有载分接开关档位、各保护装置、自动装置的工作及动作状态等；
·远方控制升压站各断路器和电动隔离开关的分、合闸操作，主变分接头的调节等。

·在工作站上显示各种图形、报表，具有分析统计功能。

操作人员可在工作站上用人机对话的方式，对全场的变电站的设备进行操作和监视。

·系统配置一套GPS卫星时钟同步装置，用于全站装置的时钟同步。

·预留与风电公司的通信接口。

远期风电公司的值班人员可根据权限对风电场进行远程监控。

间隔层设备包括35kV进线、站用变、接地变、110kV主变压器、110kV送出线路的保护测控装置和多功能电度表等监控设备，主要完成开关站各电气量，非电气量，各开关的状态位置等的数据采集和处理，安全运行监视、状态监视、越限报警、过程监视以及对断路器的现地分合闸控制。

2.4 风电场继电保护
2.4.1 风力发电机保护
风力发电机应配置如下保护：温度升高保护、过负荷保护、电网故障保护、振动超限保护和传感器故障信号等。

保护装置动作后跳开发电机出口与电网连接的断路器并发出信号。

风力发电机的保护装置还应具有风力发电机升压变压器保护跳闸的接口。

当升压变压器发生故障时，经此出口跳开风力发电机出口与电网连接的断路器并发信号。

2.4.2 箱式变电站保护
每台35/0.69kV箱式变高压侧装设SF6负荷开关-限流熔断器组合电器等，作为短路保护。

升压油浸全密封变压器配有重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油温等非电量保护，作用于跳闸和信号。

2.5 控制操作电源系统
110kV升压站配置一套220V直流电源系统。

直流系统采用一组容量为200 Ah阀控式密封免维护铅酸蓄电池、高频开关电源、单母线配电接线方案，作为220kV升压站的保护和操作电源，同时提供逆变为事故照明提供AC220V电源。

升压站配置一套5kVA的电力专用交流不间断电源系统，采用模块化N+1冗余配置。

UPS 负荷主要包括中控室计算机监控系统设备、电能量计费系统、火灾报警系统、网络通信设备等。

风力发电机组的工作电源由箱变的0.69kV电源经塔筒内的变压器降压后取得。

35/0.69kV 箱变的工作电源由箱变自带的690/220VAC电源变压器取得。

2.6 火灾报警系统
中控楼按规范设立集中报警系统，由集中火灾报警控制器、火灾探测器、控制模块、信号模块和手动报警按钮等组成。

探测器以总线方式与火灾报警控制器连接。

火灾报警控制器设在中控室火灾自动报警控制屏内，作为全站的火灾报警控制中心。

2.7 安防系统
为便于变电站运行管理，保证变电站的安全运行，在110kV变电站内设置一套图像及安全警卫系统。

其功能按满足安全防范要求配置，不考虑对设备运行状态进行监视。

图像监视及安全警卫系统设备包括视频服务器、终端监视器、录像设备、摄像机、云台、防护罩、编码器及沿变电站围墙四周设置电子围栏，视频服务器按最终规模配置，并留有远方监视的接口。

并且在变电站制高点，主变室、GIS室、35kV开关柜室等生产用房配置摄像机
2.8 二次设备布置
110kV升压站二次设备采用集中布置方式。

站内不设通信机房，在中控楼设置中控室、继电保护室等二次房间。

风电机及变电站的计算机监控系统的上位机设备布置在中控室，其它所有二次屏，交直流电源屏，蓄电池及通信屏均集中布置在继电保护室。

35kV微机保护测控装置以及电能表等设备分散布置在各间隔35kV开关柜上。

2.9 通信
2.9.1 系统通信通道和通信设备
系统通信采用1根24芯非金属光缆至电力系统变电站，作为继保、通信合用通道，光缆中纤芯互为备用。

系统配置光端机及PCM设备屏、综合配线架屏、路由器及电量采集装置屏、及809屏作为系统通信设备。

2.9.2 场内的通信设备
不设系统程控交换机，变电站调度及行政电话由调度运行单位直接放小号解决。

设置1门市话
3 结语
作为变电站电气设计的一个部分，电气二次设计在电站实现无人值班少人值守的运行方式方面起了重要的作用，采用全计算机监控系统的电气二次设计方案，极大的提高了运行人员安全性和系统的稳定性，更为实现智能电网打下了坚实的基础。

参考文献：
王守礼等，《电力系统光纤通信线路设计》，中国电力出版社
刘振亚等，《国家电网公司输变电工程典型设计》，中国电力出版社。