风电场电气系统.ppt

《风电场电气系统.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风电场电气系统.ppt（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、华能酒泉风电有限责任公司,风电场电气系统,2014年7月,1.1 风力发电概述,风力发电 风力发电机组与电网的联系是通过风电场中的电气部分得以实现的。,1.2 电气和电气部分,电气部分可以泛泛地理解为：由所有带电设备及其附属设备所组成的全部。 电气部分的一般组成：一次和二次部分。 电气一次部分：用于生产、变换、传输、分配和消耗电能的部分。 电气二次部分：对厂站内一次部分进行监视、测量、控制和保护 的部分。,1.2.1 电气的基本概念,1.2 电气和电气部分,1.2.2 电气部分的一般组成 风电场电气一次系统可以分为四个主要部分： 风电机组、集电系统、升压站及厂用电系统 风电机组:除了风力机和发

2、电机以外，还包括电力电子换流器（亦即变频器）和对应的机组升压变压器（亦即箱变又称集电变）。 集电系统：将风电机组生产的电能按组收集起来。分组采用位置就近原则，每组包含的风电机组数目大体相同。每一组的多台风电机组输出（经过箱变升压后）由电缆线路直接并联，汇集为一条35KV架空线路输送到升压站。,1.2 电气和电气部分,1.2.2 电气部分的一般组成 升压变电站：主变压器将集电系统汇集的电能再次升高至到330KV接入电力系统。 厂用电：包括维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电和风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等，也就是风电场内用电的部分。 配电装置实现了发电机、变压器、线路之间的电能的

3、汇集和分配，这些设备的连接由母线和开关电器实现，母线和开关电器的不同的组织连接也就构成就了不同的接线形式。,1.2 电气和电气部分,1.2.3 电气部分的一般组成 上述设备运行的时候需要消耗电能，是作为耗电设备存在的，因此还需要装设相应的直流电源设备。 采用直流的好处是可以利用蓄电池进行电能存储。 在发电厂和变电站内二次设备由控制电缆连接构成了功能不同的二次回路。,2.1 电气主接线,2.1接线形式 配电装置实现了发电机、变压器、线路之间的电能的汇集和分配，这些设备的连接由母线和开关电器实现，母线和开关电器的不同的组织连接也就构成就了不同的接线形式。 风电机组:采用一机一变单元接线。 集电系统

4、：单母线分段 升压变电站：单母线（干河口）、双母线（桥湾）,风电场电气系统,风电场主要一次设备,9,1 发电机 1交流励磁双馈式感应风力发电机组 所谓“双馈式”是指，发电机的定子绕组和转子绕组与电网都有电气连接，都可以与电网之间交换功率。 双馈式风电机组的定子绕组与电网直接连接，输出电压的频率可以通过转子绕组中的交流励磁电流的频率调节得以控制。 换流器先将电网50Hz的交流电整流，得到直流电，再将该直流电逆变为频率满足要求的交流电，用于转子绕组的励磁。,10,2 变压器,2.1 变压器工作原理 2.1.1 变压器的电压变换 变压器的基本原理是利用电磁感应现象实现一个电压等级的交流电能到另一电压

5、等级交流电能的变换 变压器的核心部件是铁心和绕组，铁心用于提供磁路，缠绕于铁心上的绕组构成电路 与电源相连的一侧为一次绕组，与负荷相连的一侧为二次绕组,11,2.2.2 变压器的结构 大多数电力变压器均为油浸式变压器，即以油作为绝缘和冷却介质，所用的油一般为矿物油。,油浸式变压器由其核心部件（即实现电磁转换的铁心和绕组）、用于调整电压变比的分接头和分接开关以及油箱和辅助设备构成。,12,2.2.3调压方式与分接开关 很多变压器在运行时，可以实现对变比的调整，也即对电压的调整。调压的实现，依赖于绕组匝数的变化，也就是利用分接绕组来调整原边和副变的匝数比。 调压的方式有无励磁调压和有载调压 2.2

6、.4变压器油 油浸式变压器的变压器油主要用于散热和充当绝缘介质。 变压器的有效冷却很重要。对大多数变压器来说，矿物油是吸收铁心、绕组热量，并将其热量传递给自冷或风冷外表面的最有效介质，有时要借助强迫油循环方式。 在大多数电气设备中，有大量不同部件处于不同电位之下，因此需要将它们相互绝缘。变压器常常要在高于额定电压下短时间运行或者耐受操作冲击和雷电冲击的瞬变过电压。,13,2.2.5油箱、储油柜与附属设备 在使用储油柜的结构中，可以将变压器主油箱的油注到顶盖位置，从而在需要时可以在顶盖上安装套管。但使用储油柜的最重要的特点在于，它可以减小变压器油与大气的接触面积，从而减小油的氧化速度和氧气在油中

7、的溶解程度，而溶解在油中的氧气能缩短油的绝缘寿命。 带储油柜的变压器还可以使用气体继电器。气体继电器通常安装在储油柜通向油箱的连管上。 套管是将油箱内部的电气连接引出的部件。,14,油位计,气体继电器,低压侧套管,压力释放阀,温度计（油）,温度计（绕组）,风扇,高压侧套管,套管CT,放油阀门,吸湿器,15,2.2.6变压器的散热 当变压器绕组中产生电阻损耗和其它损耗时，就要产生热量。必须要将这些热量传递到变压器油中，并由变压器油带走。 油循环方式主要包括： （1）自然油循环，利用油被加热后所产生的温差压力。油在绕组内部被加热而上升，散热器中受到冷却而下降。 （2）强迫（不导向）油循环，使用油泵

8、将冷却油从散热器中抽出并输送到绕组底部，然后再通过绕组导线“上部”和“下部”撑条所形成的垂直轴向油道循环。 （3）强迫导向油循环，油的冷却借助一些外部设备来实现,16,2.3 变压器型号表征 变压器型式多样。在设计和生产中往往需要使用型号来表示变压器的特征。 变压器型号的表征一般按下列规则：,17,2.3 变压器型号表征 其中关于型号描述的符号，参见下表：,设计序号是设计和生产厂家自定义的，不直接反映变压器本身的型式特征。,18,2.3 变压器型号表征,例干河口#2主变和桥湾#4主变的型号为 SFPZ10-240000/330 对照上表可知，该变压器是“三相”变压器（S），绕组外绝缘介质是“油

9、”（缺省），冷却方式是“风冷”（F），油循环方式是“强迫油循环”（P），绕组数为“双绕组”（缺省），调压方式为“有载调压”（Z）。 设计序号为10，表示该产品在同类产品系列中的设计序号。 “240000”表示该变压器的额定容量为240000kVA，“330”表示该变压器的高压绕组电压等级为330kV。,19,2.4 风电场中的变压器 桥湾/干河口风电场采用二级升压的结构。 在风电机组出口装设满足其容量输送的变压器将690V电压提升至35kV；在汇集后送至风电场中心位置的升压站，经过升压站中的升压变压器变换为330kV送至电力系统。,20,2.4 风电场中的变压器 风机出口的变压器一般归属于风电

10、机组，需要将电能汇集后送给升压站，也称为集电变压器,升压站中的升压变压器，其功能是将风电场的电能送给电力系统，因此也被称为主变压器,为满足风电场和升压站自身用电需求，还设置有场用变压器或所用变压器,21,3 开关设备,在电力系统生产运行中，电气设备的相互联系及生产方式的转换，由开关电器的分合来实现。开关电器的分合实现了电路的有选择接通和断开。 电力系统中的高压开关电器要复杂的多。常用的开关电器有断路器、隔离开关、熔断器和接触器，它们的功能各不相同。,22,3.1 断路器 断路器是电力系统不可缺少的主要控制、保护设备，是电力系统中最重要的开关电器，其作用为切断电路。 为了可以熄灭电路分合时所产生

11、的电弧，断路器都装设有灭弧装置 常用的断路器类型有：油断路器、真空断路器和SF6断路器等,23,3.1.1真空断路器 （1）真空断路器的基本结构 真空断路器的结构与其它断路器大致相同，主要由操动机构、支撑用的绝缘子和真空灭弧室组成。,真空灭弧室的外壳由玻璃或陶瓷制成，动触头运动时的密封靠波纹管。 动、静触头的外周装有屏蔽罩,24,3.1.2 SF6断路器 （1）SF6气体简介 六氟化硫（SF6）是目前高压电器中使用的性能最优良的灭弧和绝缘介质。 SF6常以液态保存于钢瓶中，使用时减压放出呈气态冲入电气设备内。 无色、无味、无毒，不会燃烧，化学性能稳定，常温下和其他材料不会发生化学反应。但在电弧

12、的高温作用下，SF6的分解物SF4、S2F2、SF2、SOF2、SO2F2、SOF4、HF等都具有强烈的腐蚀性和毒性。安装有SF6电器的场所应装设合适的通风设备。,25,3.1.2SF6断路器 （2）SF6断路器基本类型 按照结构不同，SF6断路器可分为瓷柱式与罐式两种。,罐式断路器的灭弧室安装在与地电位相连的金属罐体内。高电压下，每相需要将多个灭弧室串联装在同一罐体内。,瓷柱式断路器的灭弧室装在绝缘支柱上，通过串联灭弧室，并将它们安装在适当高度的绝缘支柱上，便可获得任意的电压额定值。,26,3.1.2 SF6断路器 （3）断路器操作机构 在断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构，而操动机构

13、与断路器动触头之间连接的部分称为传动机构和提升机构。 操动机构的合闸能源从根本上讲是来自人力或电力。还可转变为其它能量形式，如电磁能、弹簧位能、重力位能、气体或液体的压缩能等。 根据能量形式的不同，操动机构可分为手动操动机构、电磁操动机构、弹簧操动机构、电动机操动机构、气动操动机构和液压操动机构等。,27,3.1.2 SF6断路器 （4）风电场中的断路器及其操作机构举例,图为风电场中常用的35kV真空断路器及其机构箱内部结构的 实物图。 操作机构为弹簧机构，可以看到分合位置指示，弹簧压力表及手动分合按钮及接线端子排等基本元件。,28,3.1.2 SF6断路器,为风电场升压变电站中330kV的S

14、F6断路器及其操作箱内部结构。 220kV以上需要分相操作，因此每相断路器都有操作箱及操作机构。 该断路器采用弹簧操作机构，可以看到相关的分合位置指示、SF6压力指示、分合开关，接线端子等等。,29,3.2隔离开关 隔离开关在电力生产中常被称为刀闸，是最常见的高压开关。 与断路器最根本的区别在于，它没有专用的灭弧装置，结构简单，因而不能用来分合大电流电路。 当电气设备需要检修的时候，由断路器断开电路，安装在断路器和电气设备之间的隔离开关再拉开，在电气设备和断路器之间形成明显的电压断开点，从而保证了检修的安全。 此外，隔离开关常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作。例如，发电厂或变电所中常见

15、的倒母操作和旁带操作。,30, 3.2隔离开关 根据安装地点，隔离开关可以分为屋内式和屋外式 根据其绝缘支柱的数目可以分为 单柱,双柱式, V字型,三柱式,31,3.3 熔断器 接于电路中，以熔点较低的材料作为熔断器的熔体，熔体装设于熔管中，当电路中流有故障电流的时候，由于熔体熔点较低将熔化断开电路，从而实现故障时对电路的保护功能。 熔断器分为低压熔断器和高压熔断器 高压熔断器型式一般分为屋内式和屋外型，用于户内或户外的又有不同型号。若按是否有限流作用又可分为限流式和非限流式，限流式高压熔断器就在短路电流没有达到最大值之前就熔断。,风电场集电变压器上方的户外跌落式熔断器,32,3.4各种开关设

16、备的功能比较 断路器由于装设了专门的灭弧装置，可以熄灭分合电路时所产生的电弧，因此它用来实现电路的最终分合。 隔离开关也是最常见的开关电器，一般是作为检修电器和断路器配合使用。 熔断器的作用是在电路中发生故障或过负荷的情况下自动断开电路，从而使得故障设备从整个电路中切除出去，以保证故障设备和系统的安全。 接触器则实现电路正常工作时电路的分合，它只能分合正常电流，无法断开故障电流，因此它常常和熔断器一起工作，以取代较为昂贵的断路器。,4 载流导体,电力系统中的各个电气设备都由载流导体相互连接，组建成电路。 其中，位于发电厂和变电站内的母线用于汇集和分配电能，连接导体和跳线用于连接电气设备，而输电线路则将发电厂、变电站和用户连接成完整的电力系统。,4.1导体的功能 风电场和变电站中的常见导体有母线、连接导体、跳线和输电线路，输电线路又可分为架空线和电缆线路。 （1）母线 母线是将电气装置中各截流分支回路连接接在一起的导体。它是汇集和分配电能的载体，又称汇流母