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1、风电场工程电气一次设计要点摘 要：随着风电单千瓦造价的不断优化，机型容量不断增加。电气一次各部分的设备选型和 设计方案也在随之变化。本文以某风电场实际案例为蓝本，对风力发电电气一次设计要点进 行了详细的阐述与分析。关键词：风电机组 电气一次 工程设计1 综述风电场电气部分主要由一次和二次部分（系统）组成。电气一次可分为四个主要组成：风电机 组、集电线路、升压变电站、所用电系统。电气二次分为风力发电机组计算机监控系统和变 电站计算机监控系统。本文着重以某风电场风电机组电气一次设计为例，结合电气主接线等 内容对风电场电气一次从理论到技术进行了简要阐述，其中包括接入系统、电力电缆和主要 电气设备的选
2、型、过电压和接地保护系统、照明系统等。2 系统设计2.1接入系统。本工程风电场总装机容量为40兆瓦，安装单机容量为2兆瓦D110的双馈异 步型风力发电机组20台。本期刚才新建110kV升压变电站1座，配置一台40兆伏安主变和 两台50兆伏安主变及一回110Kv出线,本期机组通过35kV集电线路接入风电场升压站35kV 侧。2.2 电气主接线2.2.1 升压站电气主接线。风电场建设承载着向系统供电的任务，根据风电场最终规划方案，建设一座110kV升压站，建成一台40MVA主变压器，经GIS接入110kV母线，并通过10kV线路接入220kV变电站。升压站低压侧为风电场电源进线，电压等级35kV。
3、2.2.2风电场电气主接线。机组出口电压为0.69 kV,风电机组与箱式变的接线方式采用一机 一变的单元接线方式，配套选用20 台箱式变压器，其低压侧电压与机组匹配选用0.69 kV， 高压侧35 kV,箱式变就近配置在距离风力发电机组塔基约25米的位置。2.3 主要设备选型2.3.1 短路电流。短路电流计算结果直接影响到电气系统的安全性和造价，将风电场作为独 立系统进行短路电流的分析计算，通过对整个电气系统中的组成元件进行合理的等值、简化， 在不改变其主要电气特性的前提下，将复杂的电气网络简化成为可供计算的电路模型。由于 短路电流其实是指电力系统中相与相或相与中性点之间经过电弧或小阻抗拉通的
4、电路，这时 流过导线的电流将比正常情况下流过导线的电流将增大几十倍。对于箱式变低压侧，尽管电 网低压侧变压器的阻抗比电力系统高压侧的阻抗大很多，当低压电网发生短路故障时变压器 一次端电压下降幅度不大，如果阻抗不大时甚至可以忽略高压电网的阻抗影响，但是对风电 机组来说，短路电流误差过大会影响短路保护装置的灵敏度及设备选型，尤其是电力电缆阻 抗较大时，必须考虑系统电抗和电缆阻抗。2箱变。机组之间相对位置较远，为降低发电机回路的电能损耗、减少发电机回路动力电 缆的长度和数鼍，根据接入变压器的风电机组的容量及一定超负荷的余量，同时，也需综合 考虑风力发电机组的抗短路电流的能力，降低机端的短路电流，选择
5、的箱式变压器的短路阻 抗不宜过小。3断路器。断路器的选定与线路最大短路电流有直接关系，既要满足技术要求，同时也要 综合考虑其经济性。技术要求除满足器件本身参数（如电压、电流、短路分断能力、耐受电流、 动稳定电流、机械载荷、分合闸时间及绝缘水平等 ）外还需要充分考虑环境因素（如环境温度、 相对湿度、海拔高度、污秽等级）。对于箱式变低压侧，断路器的保护直接关系整个风电机组 的安全稳定运行。低压断路器必须能过接收外部跳闸信号，对低压侧线路进行保护。2.4 电缆合理的选择电力电缆及其敷设方式不但能提高电气系统安全性，减少事故隐患，也可以降低 工程造价成本，使整个系统更加优化。实际敷设环境下单根电缆能够
6、承受的载流量，与很多 因素有关，不同敷设方式下载流量不尽相同。因此电缆载流量根据电缆的运行环境和敷设方 式，需要对其进行修正。2.5 风电机组自用电系统风电机组的自用电源取自箱式变低压侧，箱式变低压侧设置1 台干式变压器，作为箱式变自 用电电源（如照明、检修、加热、低压用电负荷电源）及风电机组的自用电电源。干式变压器 一次侧电压0.69kV，容量按照箱式变自用电容量及风电机组自用电容量进行选取。2.6照明系统照明设计按照标准GB50034的规定进行，设备设置正常照明和应急照明，采用三防荧光灯。 正常照明电源为交流220V,应急照明兼作正常照明用，当交流电源断电时能自动切换到蓄电 池电源。2.7
7、 过电压保护和接地系统变电站具有良好的接地系统，为防止沿线路侵入的雷电波对设备造成的危害，在变电站内设 置避雷器，并联合构成对屋外配电装置的防直击雷保护，设置以水平接地网和垂直接地的复 合接地网，其接地网与风电机组的接地网进行良好的搭接，组成的共同接地网应保证其工频 接地电阻不大于4Qo风电机组设备按照风电机组防雷标准IEC6140024风力发电机组雷电保护进行设计。外 部保护主要防止直接雷击造成的损坏，内部保护主要防止因直接或间接雷击造成的电位差所 引起的损坏。将外部防雷和内部防雷措施整体统一考虑，机组整体通过水平接地环电极和垂 直接待极构成接地系统，并与基础中的钢筋连接，利用钢筋作为自然接
8、地体，机组通过采取 接闪、引流、屏蔽、接地、等电位搭接、钳位、电气隔离、降阻、合理布线等现代防雷技术 可对风电机组机舱、叶片、塔筒等进行防雷保护，等电位搭接的铜线截面积不小于50m ， 接地系统的接地电阻应不大于40o3 结语随着经济的飞速发展，能源在生产生活中的作用更加凸显，尤其是绿色清洁能源的地位更是 举足轻重。国家产业政策的调整，对风电管理提出了更高的技术要求和管理要求，因而人们 越来越对风电电气设备的设计与应用更加重视。我们需要进一步加强对风电场电气系统设计 的研究，提高系统设计的科学性和合理性，降低设备的运行故障率，促进其安全有效的运行 以创造出更高的经济效益，从而实现更高的社会效益。参考文献:1许珉.变电站电气一次设计.机械工业出版社;第1版,2015.7Brendan Fox.风电并网:联网与系统运行.机械工业出版社;第1版,2015.6国家能源局.NB/T 30195-2016风电电气设备安全通用要求.中国电力出版社;第1版,2016.9
