浅谈风力发电场电气一次系统

浅谈风力发电场电气一次系统

0.概述

根据国家电力公司《全国风力发电“十五”计划及2015年远景规划研究报告》的有关情况，我国风电发展规划到2015年底全国累计装机9544MW，2020年底全国累计装机15000MW到20000MW。根据国家利用风力发电来改变能源结构并改善环境，是我国在能源开发领域中重要的策略之一。

本文通过对大唐文登二期风电场、莱州三期风电场、黑龙江立宏集团大庆风云风电场、大庆九间房风电场、吉林大安海坨风电场、印度PALSI风电场、土耳其MYENERGY风电场等工程的招标文件、可研文件、初设或施工图资料及部分厂家资料的分析，结合相关规程规范，对风电场电气设备及系统做简单描述。

1.接入电力系统

接入电力系统应从整体着眼，考虑当地电网布局，消除薄弱环节，增强抗事故干扰能力且降低损耗。送电线路输电容量应充分考虑风电场的规划容量并兼顾地区电力负荷发展的需要。电压等级选择应根据线路长度、输电容量等选择符合国家电压标准要求的最佳电压等级。常见风电场接入系统线路为一回110kV线路（如文登二期、土耳其MYENERGY等）或一回220kV线路（如莱州三期、大庆风云、大庆九间房、大安海坨、印度PALSI等）。

2.风电场电气主接线

风电场一般采取一机一变接线方式，集电线路电压等级选择35kV，这种接线方式最为经济实用。每台风机旁设置一台箱式变。国内风机厂风机出口电压一般为690V，电能经低压动力电缆（以文登二期为例，电缆选择为14×（YJV22-1/1-1×240mm2））输送至箱式变低压侧。

箱式变高压侧选择35kV电力电缆（以大庆风云为例，电缆选择为YJV22-26/35-3×50mm2））直埋敷设至较近的集电线路杆塔。风电场集电线路方案根据场区现场条件和风力机布局确定，一般选择架空线敷设，但当现场条件不允许时，也可选择电缆直埋敷设。

3.升压站电气主接线

升压站电气主接线设计根据风力发电场的规划容量、接入电力系统的要求进行，并进行多个方案的经济技术比较和分析论证。对于分期建设的风电场，第一期设计时应说明风力发电场分期建设的过渡方案，并提出切实可行的措施。常见风电场升压站的电气主接线方式有变压器-线路组接线、单母线接线和桥型接线。

风力发电机的功率因数一般设定为1，本身不需要配置无功补偿装置。但因

风电场内线路、变压器运行时有一定的无功损耗，根据规程要求，无功损耗应尽量就地补偿，因此升压站内设无功补偿装置。

4.主要电气设备选择

选择电气设备时，必须根据选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流并根据短路电流选择，主要电力设备包括：箱式变压器、无功补偿装置、35kV配电装置、主变压器、110/220kV高压配电装置等设备。

箱式变有欧式变与美式变之分。欧式变占地面积大，造价略高，但维护检修方便，美式变占地面积小，造价低，维护检修较复杂，选用时可根据实际情况选择。选择箱变容量时需考虑风机过负荷发电的情况，一般1500kW风力发电机选用1600kV A变压器即可满足要求。

风电场升压站无功补偿装置常见有SVC和SVG两种。SVC占地面积较大，但目前技术已经十分成熟，价格也较低。从原理上来说，SVG性能更好，且占地面积小，但目前国内技术尚不成熟，只有几家企业可以生产，关键部件需要进口，生产周期较长，价格远超同等容量SVC（以10Mvar无功补偿装置为例，SVG 报价280万，MCR-SVC报价160万，TCR-SVC报价180万）。常规情况50MW 风电场需配置10Mvar容量的无功补偿，电网有更高要求时按满足电网要求配置。

35kV配电装置一般选用户内固定式金属封闭开关，技术较为成熟。

主变一般为三相双绕组油浸式有载调压变压器，变压器油型号、冷却方式等应根据当地气象条件确定。选择主变容量时，考虑风力发电场负荷率较低的实际情况以及风力发电机组的功率因数在1左右，可以选择等于风电场发电容量的主变压器。有载调压开关是主变的重要组成部分，进口有载调压开关性能较好，但价格比国产贵近40%（莱州三期主变有载调压开关选择时，进口MR型开关价格约60万，国产苏州MR型开关价格为40万），实际选择时应根据性价比选择。

110/220kV高压配电装置可选用户内GIS式，也可选用户外布置。户内GIS 占地面积小，故障几率小，价格并不昂贵，因此在目前风电场升压站中得到了广泛的应用。风电场污秽等级较高（一般为IV级），设备选型时需要注意过电压与绝缘配合（爬电距离为31mm/kV）。

5.风电场及升压站自用电

风电场自用电负荷包括风机控制系统用负荷、风机塔筒内部照明检修负荷、箱变照明检修负荷等，在箱变低压侧设置一台干式变压器，为风电场自用电负荷提供电源。变压器容量根据风机、塔筒、箱变厂家提供的负荷清单选择，一般在24kV A至50kV A之间。

升压站自用电负荷包括升压站内照明负荷、空调取暖负荷、断路器储能电机负荷以及水泵、电脑、电视等生活设施负荷。一般设置一台35/0.4kV干式变压

器作为升压站自用电变压器，电源取自35kV母线，变压器容量约500kV A到700kV A之间。为确保升压站用电的可靠性，设置一台柴油发电机或从电网引一路10kV电源作为后备电源。

6.防雷接地

箱变一般安装在风机厂家自带防雷设施的保护范围内，无需加装防直击雷保护，箱变高压侧、线路末端开关柜内都装设过电压保护器或避雷器以实现防操作过电压保护或线路侵入雷电波保护。

根据《GB50061-2010 66kV及以下架空电力线路设计规范》，架空线网络应采取防雷措施，架空线全程敷设GJ-35镀锌钢绞线或OPGW复合地线实现防直击雷保护。

升压站内防雷通过独立避雷针实现，避雷针的数量及高度可根据《GB50057-94 建筑物防雷设计规范》中的要求选择。

风电场及升压站的接地应能满足《DLT621-1997 交流电气装置的接地》中的相关要求。风机与箱变共用一套接地网，升压站设一套接地网。但因为风能资源的分布，大量风电场位于山区，土壤电阻率非常大，接地电阻值很难满足要求。这种情况下，可选用增加接地体、降阻剂回填、深井接地等方式尽量降低接地电阻值，也可采用新兴的等离子接地体方式接地。

7.总结

风电场电气一次设计，除应满足风力发电相关的规程规范。在设备选择时，应根据当地情况，通过技术经济比较，选用最合适的设备。

随着风电如火如荼的发展，大量工程师投身风电事业，希望我的经验对大家起到一定的借鉴作用。■

【参考文献】

［１］风力发电场设计技术规范.DLT5383-2007.

［２］国家电网公司.全国风力发电“十五”计划及2015年远景规划研究报告.

［３］相关工程资料.