第二讲 风电场的电气系统资料
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架空线（绝缘架空线） 电缆（直流电缆、交流电缆）
海上风电场电气接线一例
电缆特性：电阻与面积、距离；充电电流 与面积、距离
海上风电用电缆传输的比较： HVDC、VSC、交流
风电场电压等级
从发电机到塔基的主电路的电压等级一般低于1000 V，国际上选的一 种标准电压是线电压690 V。 ——好处：方便和有成本-效益，发电机成本低； 低电压的开关设备 和下垂的柔软电缆可以广泛选择； ——低电压导致大的电流。例如600 kW的风力机组工作在690 V需 要超过500A的电流。 ——联网送电需要升压变压器（位于塔中或邻近塔）
(3)接地的分类
保护性接地和功能性接地 保护性接地 为了系统与设备运行安全而采取的接地措施，有以下几类： 1)防电击接地：为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电流时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电
击而将设备的外露导电部分接地。这种接地还可以限制线路涌流或低压线路及设备由于高压窜入引起 的高电压；当产生电气故障时，有利于电流保护装置动作而切断电源。 2)防雷接地：将雷电导入大地，防止雷电流使人身受到电击或设备受到破坏 3)防静电接地：将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。 4)防电蚀接地：地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。 功能性接地 为了设备正常运行或者提供电流回路而采取的接地措施，有以下几类： 1)工作接地：为了保证电力系统运行，防止系统震荡。保证继电保护的可靠性，在交直流电力系统的适当 地方进行接地，交流一般为中性点，直流一般为中点。 2)逻辑接地：为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为“逻辑地”。常将逻辑接地及其 他模拟信号接地统称为直流地 3)屏蔽接地：将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰，减少电子设备产生的干扰影响其它电子设备 4)信号接地：为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地
(4)接地的作用
1)防止人和动物遭受电击 电击所产生的电击电流会对人体造成伤害甚至导致死亡，所以必须采取防护措施。接地 中避免危害人和设备的大的电位差。电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地机制 件作良好的金属连接，可以保护人体的安全。
2)保障电气系统的正常运行 采用中性点接地的方式，中性点与地间的电位接近于零。如果中性点不接地，那么当相 线与外壳或者地接触时，其他两相对地电压会升高为相电压的 3 倍，绝缘水平要求更高。 采用中性点接地可以降低设备的制造成本和建设费用，提高继电保护的可靠性。
有防备故障的瞬时过流保护，有延滞（热）功能的过电流保护 双向晶闸管软起动单元，通常具有一个旁路电流接触器，被用来
减小在发电机接通时的浪涌电流 功率因数校正电容器(PFC)电路，分级投切，+小的电感器限制
容性合闸电流（浪涌电流） 辅助交流电源，直流电源（风轮机控制器、保护等用） 保护保险丝额定电流较小。 浪涌分流器（避雷器），避免内部电气系统遭受站内电气网络传
风电场集电系统的中压（MV）电平的选择通常由当地配电公司的经验 确定。这样电缆和开关设备都比较容易获得。 一般选择在10 kV至35 kV之间，可以是10 kV, 20 kV和35 kV 等。
2.1 集电系统
固定转速风力发电机电气系统简图
风电机
主要电气设备
发电机，定子输出经三条柔软下垂电缆到塔下断路器 铠装断路器（moulded case circuit breaker-MCCB），MCCB 装备
3)防止雷击和静电的危害 采取适当的接地方式,，使对人和动物的雷击危害最小化； 4）为接地故障电流的建立低阻抗通路，从而满足保护动作要求。 5）改善雷电保护，使电压保持在可接受的范围内
2.2.2 配电网接地方式选择
配电网中性点接地方式的选择 涉及到配电网的绝缘水平、安
全性、经济性、供电的可靠性。
海上风电场一例
1
wk.baidu.com
2.1 风电场的接地的系统
2.2.1接地的基本概念
2.2.2配电网接地方式选择 2.2.3 风电场的接地的系统
2.2.1接地的基本概念
(1)地的概念 电力系统中的“地”不是普遍意义上的“地理地”，而是电力概念中
的“电气地”。以下几类在广义下都可被称作地： 1）导电性的土壤，具有等电位，且任意点的电位可以看成零电位 2）导电体，如土壤或钢船的外壳，作为电路的返回通道，或作为零电位 的参考点 3）电路中相对于地具有零电位的位置或部分 4）电路与地或其他起导电作用的导电体的有意的或偶然的连接 (2)接地的概念 接地是指将有关系统、电路或设备与地连接。通过接地可以使连接到地 的导体具有等于或者近似于大地的电位并引导入地电流流入和流出大地。
递过来的过电压
风电机与变压器的连接
•风电机大小 •电流引起的损 耗大小 •额外的电压变 化 •风电机位置靠 得远近
多台风机的连接
风电场内部接线形式之一
2MW 1#
2MW 2#
2MW 3#
3 4
110kV
4
3
2
T1
Z2
Z1
Z2
10kV
1大
电 源 系 统
L 600kW
4#
600kW 5#
风
大型风电场风机布局（海上、海岸） 风电场风机布局图(5MW风机)
电气系统要求可靠、灵活、经济地把电能送入系统 风电场内的电气系统和常规电厂内的电气系统比较简单，辅
助设施少 风电场内的电气接线特殊点
容量、设备、分布性、厂用负荷及地区负荷、
电缆与架空线
在风场内，风机与变电所之间的连接有两种方 式：场地布置相对集中时用电缆直埋；场地布 置相对分散时用架空10kV线路。 考虑：经济性、景观
配电网接地方式
(1)中性点直接接地方式 ——单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，很大的零序电流，根据零序分量的 特点可构成保护，保护动作后跳闸。 ——不对称短路引起的工频电压升高较小，操作过电压较低，对系统绝缘水平的要求 相对较低。
第二讲 风电场的电气系统
概述 2.1 集电系统 2.2风电场的接地的系统 2.3风电场的防雷保护 2.4电气保护
2.4.1 风电场和发电机保护 2.4.2 异步发电机的孤立运行和自励磁 2.4.3 分界面保护
概述
中型或大型风力发电机(几百千瓦到几兆瓦)主要是采用并网 运行方式，好处：与公共电网互补、充分发挥风电的效益、 电能质量更好、
海上风电场电气接线一例
电缆特性：电阻与面积、距离；充电电流 与面积、距离
海上风电用电缆传输的比较： HVDC、VSC、交流
风电场电压等级
从发电机到塔基的主电路的电压等级一般低于1000 V，国际上选的一 种标准电压是线电压690 V。 ——好处：方便和有成本-效益，发电机成本低； 低电压的开关设备 和下垂的柔软电缆可以广泛选择； ——低电压导致大的电流。例如600 kW的风力机组工作在690 V需 要超过500A的电流。 ——联网送电需要升压变压器（位于塔中或邻近塔）
(3)接地的分类
保护性接地和功能性接地 保护性接地 为了系统与设备运行安全而采取的接地措施，有以下几类： 1)防电击接地：为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电流时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电
击而将设备的外露导电部分接地。这种接地还可以限制线路涌流或低压线路及设备由于高压窜入引起 的高电压；当产生电气故障时，有利于电流保护装置动作而切断电源。 2)防雷接地：将雷电导入大地，防止雷电流使人身受到电击或设备受到破坏 3)防静电接地：将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。 4)防电蚀接地：地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。 功能性接地 为了设备正常运行或者提供电流回路而采取的接地措施，有以下几类： 1)工作接地：为了保证电力系统运行，防止系统震荡。保证继电保护的可靠性，在交直流电力系统的适当 地方进行接地，交流一般为中性点，直流一般为中点。 2)逻辑接地：为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为“逻辑地”。常将逻辑接地及其 他模拟信号接地统称为直流地 3)屏蔽接地：将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰，减少电子设备产生的干扰影响其它电子设备 4)信号接地：为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地
(4)接地的作用
1)防止人和动物遭受电击 电击所产生的电击电流会对人体造成伤害甚至导致死亡，所以必须采取防护措施。接地 中避免危害人和设备的大的电位差。电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地机制 件作良好的金属连接，可以保护人体的安全。
2)保障电气系统的正常运行 采用中性点接地的方式，中性点与地间的电位接近于零。如果中性点不接地，那么当相 线与外壳或者地接触时，其他两相对地电压会升高为相电压的 3 倍，绝缘水平要求更高。 采用中性点接地可以降低设备的制造成本和建设费用，提高继电保护的可靠性。
有防备故障的瞬时过流保护，有延滞（热）功能的过电流保护 双向晶闸管软起动单元，通常具有一个旁路电流接触器，被用来
减小在发电机接通时的浪涌电流 功率因数校正电容器(PFC)电路，分级投切，+小的电感器限制
容性合闸电流（浪涌电流） 辅助交流电源，直流电源（风轮机控制器、保护等用） 保护保险丝额定电流较小。 浪涌分流器（避雷器），避免内部电气系统遭受站内电气网络传
风电场集电系统的中压（MV）电平的选择通常由当地配电公司的经验 确定。这样电缆和开关设备都比较容易获得。 一般选择在10 kV至35 kV之间，可以是10 kV, 20 kV和35 kV 等。
2.1 集电系统
固定转速风力发电机电气系统简图
风电机
主要电气设备
发电机，定子输出经三条柔软下垂电缆到塔下断路器 铠装断路器（moulded case circuit breaker-MCCB），MCCB 装备
3)防止雷击和静电的危害 采取适当的接地方式,，使对人和动物的雷击危害最小化； 4）为接地故障电流的建立低阻抗通路，从而满足保护动作要求。 5）改善雷电保护，使电压保持在可接受的范围内
2.2.2 配电网接地方式选择
配电网中性点接地方式的选择 涉及到配电网的绝缘水平、安
全性、经济性、供电的可靠性。
海上风电场一例
1
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2.1 风电场的接地的系统
2.2.1接地的基本概念
2.2.2配电网接地方式选择 2.2.3 风电场的接地的系统
2.2.1接地的基本概念
(1)地的概念 电力系统中的“地”不是普遍意义上的“地理地”，而是电力概念中
的“电气地”。以下几类在广义下都可被称作地： 1）导电性的土壤，具有等电位，且任意点的电位可以看成零电位 2）导电体，如土壤或钢船的外壳，作为电路的返回通道，或作为零电位 的参考点 3）电路中相对于地具有零电位的位置或部分 4）电路与地或其他起导电作用的导电体的有意的或偶然的连接 (2)接地的概念 接地是指将有关系统、电路或设备与地连接。通过接地可以使连接到地 的导体具有等于或者近似于大地的电位并引导入地电流流入和流出大地。
递过来的过电压
风电机与变压器的连接
•风电机大小 •电流引起的损 耗大小 •额外的电压变 化 •风电机位置靠 得远近
多台风机的连接
风电场内部接线形式之一
2MW 1#
2MW 2#
2MW 3#
3 4
110kV
4
3
2
T1
Z2
Z1
Z2
10kV
1大
电 源 系 统
L 600kW
4#
600kW 5#
风
大型风电场风机布局（海上、海岸） 风电场风机布局图(5MW风机)
电气系统要求可靠、灵活、经济地把电能送入系统 风电场内的电气系统和常规电厂内的电气系统比较简单，辅
助设施少 风电场内的电气接线特殊点
容量、设备、分布性、厂用负荷及地区负荷、
电缆与架空线
在风场内，风机与变电所之间的连接有两种方 式：场地布置相对集中时用电缆直埋；场地布 置相对分散时用架空10kV线路。 考虑：经济性、景观
配电网接地方式
(1)中性点直接接地方式 ——单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，很大的零序电流，根据零序分量的 特点可构成保护，保护动作后跳闸。 ——不对称短路引起的工频电压升高较小，操作过电压较低，对系统绝缘水平的要求 相对较低。
第二讲 风电场的电气系统
概述 2.1 集电系统 2.2风电场的接地的系统 2.3风电场的防雷保护 2.4电气保护
2.4.1 风电场和发电机保护 2.4.2 异步发电机的孤立运行和自励磁 2.4.3 分界面保护
概述
中型或大型风力发电机(几百千瓦到几兆瓦)主要是采用并网 运行方式，好处：与公共电网互补、充分发挥风电的效益、 电能质量更好、