60MW陸地風電場箱變與升壓站一次設(shè)備設(shè)計

1、摘 要 電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性與可靠性，對我國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要的作用。作為既 是最清潔又是最豐富的能源之一，現(xiàn)在全世界都在廣泛地開發(fā)風能。使用風能 發(fā)電，即將成為未來清潔能源的發(fā)展趨勢。將風能變成電能，這個過程是通過 一種叫風電機的設(shè)備來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。接著電能會通過線路匯合流通到變電站， 在變電站里電壓會被升到可以利用電網(wǎng)來進行傳輸?shù)母唠妷?，這個完整的一個 過程叫做變電。 對于陸地風電場箱變與升壓站的現(xiàn)狀，以及主變的選擇方案，都進行了詳 細的分析和研究，確定了主變?nèi)萘俊⑴_數(shù)和型號。根據(jù)對原始數(shù)據(jù)的分析，以 及設(shè)計標準要求，計算出各項電氣設(shè)備的參數(shù)，設(shè)計出了最優(yōu)方案。對系統(tǒng)三 相短路電流進行了詳盡的計

2、算和分析，根據(jù)發(fā)電廠的主變?nèi)萘俊⑦\行方式對斷 路器、隔離開關(guān)和互感器進行了詳細地選擇，對風電場和升壓變電站內(nèi)的電氣 設(shè)備選型給出了詳細的選擇過程和參數(shù)計算，對風電場部分的發(fā)電機組、箱式 變壓器等設(shè)備進行了計算和選型，最后繪制出陸地風電場箱變與升壓站一次設(shè) 備設(shè)計的電氣主接線圖。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：風電場；風力發(fā)電；電氣主接線；變壓器；短路電流 ABSTRACT The stability and reliability of power grid supply, as a role in Chinas economic develop. As one of energy sources, win

3、d energy develops around the world widely now. In the future, its the trend of use clean energy,for example: wind energy. The conversion of wind energy into electrical energy is accomplished by a device called a wind turbine. Then the electric energy will flow to the substation through the line. In

4、the substation, the voltage will be raised to the high voltage that can be transmitted by the grid. This complete process is called substation. For the status quo of land-based wind farm box change and booster stations, as well as the main transformer selection scheme, detailed analysis and research

5、 were carried out to determine the main transformer capacity, number and model. According to the analysis of the original data and the design standard requirements, the parameters of each electrical equipment are calculated and the optimal scheme is designed. The three-phase short-circuit current of

6、 the system was calculated and analyzed in detail. According to the main transformer capacity and operation mode of the power plant, the circuit breaker, the isolating switch and the transformer were selected in detail, and the electrical equipment in the wind farm and the boost substation was selec

7、ted. The selection process gives detailed selection process and parameter calculation. The calculation and selection of electrical equipment was carried out. Finally, draw the electrical main wiring diagram of the main equipment. Main wiring diagram. Key words: wind farm; wind power generation; elec

8、trical main wiring; transformer; short circuit current 目目 錄錄 摘摘 要要.I I ABSTRACTABSTRACT.IIII 第一章第一章 緒論緒論.1 1 1.11.1 選題的背景及意義選題的背景及意義 .1 1 1.21.2 國內(nèi)外風電現(xiàn)狀國內(nèi)外風電現(xiàn)狀 .1 1 1.2.1 國外現(xiàn)狀.1 1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀.1 1.31.3 風電的發(fā)展趨勢風電的發(fā)展趨勢 .2 2 第二章第二章 原始資料及其分析原始資料及其分析.4 4 2.12.1 原始資料原始資料 .4 4 2.22.2 主要設(shè)計內(nèi)容主要設(shè)計內(nèi)容 .4 4 第三章第三章 風

9、電場和升壓站電氣主接線風電場和升壓站電氣主接線.6 6 3.13.1 電氣主接線的基本要求電氣主接線的基本要求 .6 6 3.23.2 風電場電氣主接線設(shè)計風電場電氣主接線設(shè)計 .6 6 3.2.1 箱變主接線方案.6 3.2.2 集電線路方案.7 3.33.3 升壓站電氣主接線升壓站電氣主接線.8 8 3.3.1 35KV 進線 .8 3.3.2 110KV 出線 .9 3.43.4 小結(jié)小結(jié) .1010 第四章第四章 變壓器的選擇變壓器的選擇.1111 4.14.1 升壓站主變壓器的選擇升壓站主變壓器的選擇 .1111 4.1.1 主變臺數(shù)的確定.11 4.1.2 主變?nèi)萘康挠嬎闩c選擇.1

10、1 4.1.3 變壓器相數(shù)的選擇.11 4.1.4 變壓器繞組的選擇.11 4.1.5 變壓器繞組連接方式的選擇.12 4.1.6 變壓器調(diào)壓方式的選擇.12 4.1.7 變壓器阻抗的選擇.12 4.1.8 中性點接地方式的選擇.12 4.1.9 升壓站主變壓器的冷卻方式的選擇.12 4.1.10 升壓站主變壓器各側(cè)電壓的選擇.13 4.1.11 升壓站主變壓器型號的確定.13 4.24.2 箱式變壓器的選擇箱式變壓器的選擇 .1313 4.2.1 箱變臺數(shù)的確定.13 4.2.2 箱變?nèi)萘康挠嬎闩c選擇.13 4.2.3 箱變相數(shù)的選擇.14 4.2.4 箱變繞組的選擇.14 4.2.5 箱式

11、變壓器繞組連接方式的選擇.14 4.2.6 箱式變壓器阻抗的選擇.14 4.2.7 箱式變壓器調(diào)壓方式的選擇.14 4.2.8 箱式變壓器的冷卻方式的選擇.14 4.2.9 箱式主變壓器各側(cè)電壓的選擇.15 4.2.10 箱式主變壓器型號的確定.15 4.34.3 小結(jié)小結(jié) .1515 第五章第五章 短路電流計算短路電流計算.1616 5.15.1 計算短路電流的目的計算短路電流的目的 .1616 5.25.2 各元件的計算各元件的計算 .1616 5.2.1 基準值的計算.16 5.2.2 各元件的標幺值的計算.17 5.2.3 故障示意圖.17 5.35.3 短路電流的計算短路電流的計算

12、.1717 5.45.4 小結(jié)小結(jié) .2424 第六章第六章 電氣設(shè)備的配置與選擇電氣設(shè)備的配置與選擇.2525 6.16.1 電氣設(shè)備選擇的條件電氣設(shè)備選擇的條件 .2525 6.1.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則.25 6.1.2 電氣設(shè)備的技術(shù)條件.25 6.1.3 電氣設(shè)備的最高電壓.26 6.26.2 電氣設(shè)備的選擇電氣設(shè)備的選擇 .2727 6.36.3 斷路器的選型斷路器的選型.2828 6.3.1 110KV 變壓器回路斷路器的選型與校驗 .28 6.3.2 35KV 升壓站斷路器的選擇 .29 6.3.3 35KV 集電線路斷路器的選擇 .31 6.3.4 0.69KV 斷路器的

13、選擇 .32 6.46.4 隔離開關(guān)的選型隔離開關(guān)的選型.3232 6.4.1 110KV 變壓器回路隔離開關(guān)的選型 .32 6.4.2 35KV 升壓站變壓器回路隔離開關(guān)的選型 .33 6.4.3 35KV 集電線路隔離開關(guān)的選型 .34 6.56.5 接地開關(guān)的選型接地開關(guān)的選型.3535 6.66.6 導線的選擇導線的選擇 .3535 6.6.1 35KV 箱式變壓器回路導線的選型 .36 6.6.2 35KV 升壓站變壓器回路導線的選型 .36 6.6.3 110KV 側(cè)回路導線的選型 .37 6.6.4 集電線路回路導線的選型 .37 6.76.7 母線的選擇母線的選擇.3737 6

14、.7.1 35KV 升壓站變壓器回路母線的選型 .38 6.7.2 110KV 回路側(cè)母線的選型 .38 6.86.8 電流互感器的選擇電流互感器的選擇 .3838 6.8.1 35KV 集電線路回路電流互感器的選型 .39 6.8.2 35KV 升壓站變壓器回路電流互感器的選型 .39 6.8.3 110KV 主變壓器回路電流互感器的選型 .40 6.96.9 電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇 .4040 6.9.1 35KV 母線上的電壓互感器 .40 6.9.2 110KV 母線上的電壓互感器 .41 6.106.10 低壓避雷器的選擇低壓避雷器的選擇.4141 6.10.1 0.69K

15、V 風電機組避雷器的選擇 .41 6.116.11 高壓避雷器高壓避雷器 .4242 6.11.1 35KV 回路避雷器的選擇 .42 6.11.2 35KV 集電線路側(cè)的避雷器選擇 .43 6.11.3 35KV 升壓站主變側(cè)的避雷器的選擇 .44 6.126.12 小結(jié)小結(jié) .4545 結(jié)束語結(jié)束語.4646 致致 謝謝.4747 參考文獻參考文獻.4848 附錄附錄 A A .5151 1 第一章 緒論 1.1 選題的背景及意義 煤炭是地球上分布廣泛的化石燃料，現(xiàn)在中國的儲存非常少，再加上環(huán)境 惡化也比較嚴重。天然氣的儲存量非常有限，不會花費很多去用于發(fā)電，所以， 核電發(fā)展受到許多的限制

16、。 本次設(shè)計研究的是風力變電站。風能是綠色和可再生能源，是我們生活中 隨處可見的一種資源。風電機可以把風變成電，但是不穩(wěn)定，所以需要變電站 將其穩(wěn)定并升壓過后，我們才能使用。 風力發(fā)電和傳統(tǒng)電力設(shè)計，雖然兩者原理一樣，但是工程的實際設(shè)計不一 樣。由于兩者之間的差異，這些設(shè)計方法不一定適用于風力發(fā)電技術(shù)。中國正 在大力推進風電建設(shè)的發(fā)展，這是改善當前風電場設(shè)計技術(shù)混亂局面的契機。 1.2 國內(nèi)外風電現(xiàn)狀 1.2.1 國外現(xiàn)狀 目前，在國際風能利用方面，理論研究和應(yīng)用研究，都取得了重大進展 8，9。截至 2008 年底，歐洲風電裝機容量約占全球風電裝機容量的 70。2018 年，歐洲許多國家的風力

17、發(fā)電占本國總發(fā)電能力的 10以上10。 并且歐盟提出到 2020 年風電裝機將達到 1.8 億千瓦，發(fā)電量達到 4300 億千瓦 時，分別占歐盟發(fā)電裝機容量和發(fā)電量的 20%和 12%；2030 年風電裝機容量要 達到 3 億千瓦，發(fā)電量要達到 7200 億千瓦時，屆時分別占歐盟發(fā)電裝機容量 和發(fā)電量的 35%和 20%11。 德國的風電設(shè)備制造業(yè)已經(jīng)取代了汽車制造業(yè)和造船業(yè)，成為德國第一大 鋼材用戶，德國計劃到 2025 年風電至少占總用量的 2512。此外，丹麥已經(jīng) 成功地用風電來滿足國內(nèi)的電力需求，過去一直提倡核能運用的法國，也開始 制定長遠規(guī)劃來發(fā)展風能發(fā)電13。 歐美國家的風力發(fā)電設(shè)

18、計已經(jīng)非常成熟，形成了相對全面，非常詳細的風 電設(shè)計理論和規(guī)范。它包括風電設(shè)備的制造和安裝，風電場的布線規(guī)范等的一 些標準。 風電工程設(shè)計經(jīng)驗也比較豐富，無論在設(shè)備制造還是設(shè)計理論方面都 是國際領(lǐng)先者14。 1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 雖然近幾年，中國的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)急速發(fā)展,不過，中國的風力發(fā)電項目的 建設(shè)慢著。風力發(fā)電機等主要電氣設(shè)備的制造技術(shù)比較落后。中國的風電工程 設(shè)計技術(shù)還不成熟，缺乏大中型風電廠的國內(nèi)設(shè)計經(jīng)驗。有些設(shè)計機構(gòu)即使有 相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗，也沒有豐富的性能。另外，大規(guī)模的風力發(fā)電項目少，大部 分風電場的容量比較小。低利潤，長時間和高成本，很多設(shè)計部門不想在加強 2 風電設(shè)計方面投入過

19、多的15-18。 因此，中國的風力發(fā)電設(shè)計現(xiàn)狀比較混亂。許多風電廠的裝置和解析是根 據(jù)以往的方法和電氣輸送的經(jīng)驗設(shè)計的。關(guān)于每個地區(qū)的每個單位應(yīng)如何具體 設(shè)計，沒有統(tǒng)一的概念19。在過去的項目中，由于設(shè)計不合理和考慮不充分， 在運行過程中也出現(xiàn)了一些問題。 此外，在電氣設(shè)計和設(shè)備安裝方面，國內(nèi)的 一些法規(guī)，法規(guī)，概念和國外在一些使用進口設(shè)備的項目中引起了沖突。 但是， 中國沒有相關(guān)的風電法規(guī)。也就是說，一個項目中有兩種設(shè)計方法，存在整體 不協(xié)調(diào)的情況。 因此，改善和提高我國風電設(shè)計水準，已成為風電進一步發(fā)展的迫切要求。 中國的中西部地區(qū)，以及沿海地區(qū)，風力資源富裕，規(guī)模逐漸擴大。到 2015

20、年，我國風力發(fā)電設(shè)備總?cè)萘繛?1455 GW，占全球 31%。僅 2015 年的一年， 新增容量為 30.5 GW，占世界近一半。這說明風力發(fā)電的發(fā)展是很迅速的。 2017 年，中國風電裝機容量 166 萬千瓦，累計裝機容量達到 1.88 億千瓦。 2017 年，中國的新型風力發(fā)電機占新增發(fā)電容量（2 MW 除外）的 7.3%，2 MW 風力發(fā)電機裝機占新增國家容量的 59%，2 MW 到 3 MW（3 MW 除外）新安裝機的 比率達到 85%，3 MW 到 4 MW 裝置的安裝容量達到 2.9%，4 MW 以上的比例達到 4.7%。 我國的風力資源充足，但風力發(fā)電企業(yè)的發(fā)展存在著很多的問題和

21、不足之 處：發(fā)電器械性能問題的不斷爆發(fā)，企業(yè)經(jīng)濟狀況的持續(xù)虧損，各個同行之間 的不正當手段使用的日益激烈。隨著國家宏觀調(diào)控，解決一系列制約風電企業(yè) 發(fā)展的問題后，風電行業(yè)將會蒸蒸日上。 1.3 風電的發(fā)展趨勢 風能，是目前來說最環(huán)保最潔凈的綠色能源之一。像比如說：能源結(jié)構(gòu)的 優(yōu)化、生態(tài)環(huán)境的改善、社會經(jīng)濟可持續(xù)和諧發(fā)展的促進，都是風能這個清潔 能源的優(yōu)勢，風能即將成為能源發(fā)展的潮流。在未來的發(fā)展中，風能在能源結(jié) 構(gòu)中的比例將繼續(xù)擴大，成為未來滿足電力需求的重要能源20。 從風電設(shè)備技術(shù)的國際發(fā)展趨勢來看，主要體現(xiàn)在驅(qū)動方式、體積大小以 及漿料力矩變化等方面。單機制造成本逐漸低，單機裝機容量逐漸

22、增大。目前 市場上，通常是非同步發(fā)電機的雙卷線構(gòu)造（4 極/6 極），以雙重速度駕駛， 在高風速區(qū)域，發(fā)電機以更高的速度運行，風能變得不能充分利用。近年來， 開發(fā)的變速風力渦輪通常使用雙反饋發(fā)電機或多極同步發(fā)電機。最大限度利用 風能，提高風的運行效率。從風力渦輪機到發(fā)電機，有三個主要的驅(qū)動方法。 雙饋式，直驅(qū)式，混合式。 混合動力設(shè)計旨在結(jié)合雙饋和直接驅(qū)動裝置的優(yōu)點 而沒有缺點，具有潛在性。 3 世界風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，風力資源不斷開發(fā)和利用。科技的不斷進步發(fā)展， 技術(shù)的不斷引進，風力發(fā)電現(xiàn)在還延伸到了海上發(fā)展，風能作為可再生能源的 代表，發(fā)展地位日益穩(wěn)定。 第二章 原始資料及其分析 2.1 原

23、始資料 某內(nèi)陸地區(qū)風力發(fā)電場，裝設(shè)單機容量 3MW 的風力發(fā)電機組 25 臺，每臺 經(jīng)箱式變升壓到 35kV，利用集電線路送至風電場升壓站 35kV 母線，再經(jīng)升壓 變升至 110kV 接入系統(tǒng)，風力發(fā)電機參數(shù)為 3 MW,690V，cos=0.95,=14%；風電發(fā)電機距升壓站平均距離為 15km。18d X 注：計算短路電流時，假設(shè)系統(tǒng) 110kv 和風力發(fā)電機為大型系統(tǒng)，不受限制。 表 2.1 環(huán)境條件 序號名 稱單位環(huán)境條件 最高氣溫 +40.7 最低氣溫 -401 周圍空氣溫度 最大日溫差 K25 2 海拔 m 2500 3 太陽輻射強度 W/cm20.1 4 污穢等級 5 覆冰厚度

24、 mm10 6 風速/風壓 m/s / Pa35/700 日相對濕度平均值 95 7 濕度 月相對濕度平均值 % 90 8 耐受地震能力（水平加速度） m/s20.2g 2.2 主要設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)任務(wù)書要求，探討某內(nèi)陸地區(qū)風力發(fā)電廠基建工程的可行性并設(shè)計合 適的方案。主要如下： 1、主接線方案 主接線形式依據(jù)負荷情況、電壓等級、主變的臺數(shù)等擬定變電站，還要考 慮到所用到方案的資金問題以及技術(shù)問題。結(jié)合所有因素，才能確定最后的主 4 接線方案。 2、主變壓器 依據(jù)容量、相數(shù)、過載能力、繞組數(shù)、阻抗、連接方式等來選擇變壓器。 3、計算短路電流 在三相系統(tǒng)中，要想完成短路電流的計算，通常都是使用三相

25、短路的方法 來解決。畫出簡化后的等值阻抗圖，并對不同回路側(cè)的各個短路結(jié)點進行計算， 畫出各個點的等值電抗圖，便于計算。 4、電氣設(shè)備的選型 我們選擇電氣設(shè)備時，都是要結(jié)合對額定電壓、額定電流、額定開斷電流 等部分的計算來選擇，而且還要檢驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性以及動穩(wěn)定性，才能 最終確定電氣設(shè)備的正確型號。 5、繪圖 采用計算機 CAD 繪制風電站電氣主接線圖。 5 第三章 風電場和升壓站電氣主接線 電氣主接線，還可以說是電氣一次接線圖，其作為發(fā)電廠、變電所、電氣 系統(tǒng)中，也就是電氣設(shè)計的主要部分。變電站的主要接線形式根據(jù)負載條件， 電壓等級，輸出電路數(shù)量和主變壓器數(shù)量制定。箱式主接線有一機一變和

26、多機 一變兩種方案；集電線路主接線有：架空和電纜；單元接線和單母線接線，這 兩種接線方案是升壓站的主接線方式。在經(jīng)過經(jīng)濟方面，以及技術(shù)問題的比較 后，就會確定最終的電氣主接線方案。 3.1 電氣主接線的基本要求 電氣主接線的基本要求：可靠性、靈活性、經(jīng)濟性。 3.2 風電場電氣主接線設(shè)計 根據(jù)任務(wù)書中所列風電場現(xiàn)狀和電氣主接線的設(shè)計原則和規(guī)劃，本章針對 風電場規(guī)劃的單機容量 3MW 的風力發(fā)電機組 25 臺，即總共 75MW 的容量項目。 3.2.1 箱變主接線方案 箱式變壓器主接線形式的對比： 表 3.1 方案的對比 方案一機一變多機一變 優(yōu)點接線簡單、便于操作，方便安裝。當線 路發(fā)生故障或

27、者對設(shè)備進行維護時，對 其他正常運行的部件沒有影響。 本方案所需設(shè)備的數(shù)量比第一種方案少， 所以占用的地面面積就相對較少，所花 費的金額也就少的多。 缺點方案所需設(shè)備數(shù)量大，占用的地面面積 也就大，經(jīng)濟性較差。 當風電機組或箱變發(fā)生故障時，對其他 風電機組有影響。 由兩種方案的對比表格中的內(nèi)容，我們可以清晰地看出，方案一相對于方 案二來說，接線更為簡單，安裝和操作也是方便了，而且可靠性也是比較好的， 而且在檢修維護時，不會影響正常運行的部件進行日常工作。綜合考慮到經(jīng)濟 問題還有可行性的方面，箱式變壓器的主接線方式選擇方案一：“一機一變”。 下面的圖 3.1，就是根據(jù)方案一，最后設(shè)計出的箱式變壓

28、器的主接線圖。 6 圖 3.1 箱式變壓器主接線圖 3.2.2 集電線路方案 1、結(jié)合 4GB 51096 - 2015 風力發(fā)電場設(shè)計規(guī)范 這一資料中的規(guī)定，集電 線路方案要符合的規(guī)定如下 5 條 ： （1）根據(jù)風力發(fā)電場的大小和使用 1035kv 變壓器的條件，確定集電線路 的電壓水平； （2）一般來說，架空線路的形式，還是集電線路用的比較多的； （3）不適合架空形式的應(yīng)采用直埋電纜形式。需跨越地上附著物，可結(jié)合 使用兩種方案。 （4）需對機組進行分組，每組共用一條線路接入到升壓站。 （5）路徑的確定是靠線路所在地點來決定的，也就是說我們需要考慮到這 條線路所處位置的環(huán)境條件。 2、架空和

29、電纜的選擇 結(jié)合上述規(guī)定，我們可以選出兩種方案：方案一是架空線路，方案二是電 纜線路。兩者之間的不同，如下表 3.2 所示： 7 表 3.2 架空線路與電纜線路 方案架空電纜 優(yōu)點 發(fā)生故障可及時修復，可靠性較高。 在導線截面相同的條件下，架空導線 的載流量大于電纜的載流量。只需少 量根數(shù)的架空線路就能將 25 臺風電 機產(chǎn)生的電能輸送到升壓站，無形中 減少了投資費用。 電纜埋在土壤中，外界的天氣情況各種 環(huán)境因素對其的影響較小，可靠性較高。 缺點 輸電線路完全暴露在空氣中，受外界 環(huán)境影響較大，可靠性降低。 因為電纜埋在地下，發(fā)生的故障比較難 修復，降低了可靠性。在導線截面積相 同的情況下，

30、方案二比方案一的載流量 小的多，所需數(shù)量就要多一些，經(jīng)濟性 較差。 經(jīng)濟性35kV 架空線路大約 30 萬元一公里35kV 電纜大約 50 萬元一公里 通過上表進行對比，選擇架空線路。 3、集電線路的接線方案 上面我們已經(jīng)選定了集電線路的方案，最終確定的是架空線路。接下來將 進行分組。根據(jù)論文資料的原始數(shù)據(jù)可以知道，本文設(shè)計的風力發(fā)電機組的總 數(shù)是 25 臺。 集電線路，一般我們在風電場中的設(shè)計，往往將風電機組分為每組 3 到 10 臺不等的機組，集電線路就是將這些機組的電能進行匯聚。由于一臺風電機組 要配備一個集電變壓器，這些集電變壓器要統(tǒng)一安放在箱式的變電所中，集電 變壓器將電力匯聚在電纜

31、中，以實現(xiàn)多風電機組的并聯(lián)運行。 根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)來看，單個一臺容量為 3MW 的風力發(fā)電機，需要安裝 25 臺。每一臺風力發(fā)電機，經(jīng)過箱式變壓器升壓到 35kV，然后會利用集電線路 將此送至風電場升壓站側(cè)的 35kV 母線上，最后將電壓通過升壓變壓器的作用下， 提升至 110kV 后接入系統(tǒng)。結(jié)合考慮到 35kV 電壓等級和機組數(shù)量，可確定箱式 變壓器高壓側(cè)匯流母線的電能輸送容量。這里可將廠內(nèi)的 25 組風電機組分成 2 組，第一組包含 12 臺風電機組，第二組 13 臺風電機組，35kV 側(cè)的母線架設(shè)方 式為架空管母，能保證每臺機組都能并列連接運行。 3.3 升壓站電氣主接線 3.3.1

32、 35kV 進線 本期工程 2 回進線，每回進線包含若干臺風電機組，第一回包含 12 臺風電 機組，第二回 13 臺風電機組，35kV 側(cè)的母線架設(shè)方式為架空管母，能保證每 8 臺機組都能并列連接運行?？紤]到遠期改造的靈活性，這里 35kV 側(cè)設(shè)計為單母 線分段的接線方式。 前一回進線連接主變壓器 35kV 低壓側(cè) I 段母線，第二回進線連接主變壓器 35kV 低壓側(cè) II 段母線，兩段之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。高壓廠用段之間切換采用快速 切換裝置，低壓廠用電源切換采用普通備自投裝置。 圖 3.1 單母線分段接線 3.3.2 110kV 出線 變壓器的電壓通過變壓器增加 110 千伏，110 千伏的母線

33、通過兩條 110 千 伏的線連接到系統(tǒng)變換站。根據(jù)任務(wù)書的描述，一線一變得單元結(jié)構(gòu)可用橋型 接線方式。 圖 3.2 內(nèi)橋型接線方式 35kV 進線本期工程 2 回進線，每回進線包含若干臺風電機組，第一回包含 12 臺風電機組，第二回 13 臺風電機組，35kV 側(cè)的母線架設(shè)方式為架空管母， 9 能保證每臺機組都能并列連接運行?？紤]到遠期改造的靈活性，這里 35kV 側(cè)設(shè) 計為單母分段的接線方式。前一回進線連接主變壓器 35kV 低壓側(cè) I 段母線，第 二回進線連接主變壓器 35kV 低壓側(cè) II 段母線，兩段之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。高壓廠 用段之間切換采用快速切換裝置，低壓廠用電源切換采用普通備自投裝

34、置。 110kv 線通過變壓器將變壓器的電壓增加到 110kv，并且母線 110kv 通過 110kv 線與系統(tǒng)變電站連接。根據(jù)任務(wù)書的描述，一線一變得單元結(jié)構(gòu)可用橋 型接線方式。 3.4 小結(jié) 該 35/110kV 升壓變電站一次主接線圖如下圖所示： 圖 3.3 35/110kV 升壓一次主接線圖 10 第四章 變壓器的選擇 變壓器是各級變電站都不可或缺的電氣設(shè)備，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對電壓大小 的變換，還能夠為用戶輸送功率，另外隨著電壓系統(tǒng)負荷的不斷上升，變壓器 還會以未來幾年內(nèi)對電力系統(tǒng)的規(guī)劃分析為依據(jù)，對其進行合理選取，如果選 取不夠合理，則將存在著經(jīng)濟技術(shù)方面的缺陷。 風電場是一個變電站電

35、壓，在臺風中收集和分配發(fā)電機的電能。風力發(fā)電 機產(chǎn)生的電壓從 kv 到 35kv 到 110kv，再到電網(wǎng)。因此本設(shè)計有兩個主變壓器， 變壓器是一種箱式變壓器，另一種是升壓泵站變壓器。本章選擇了主變壓器的 數(shù)量、容量、相位、線圈數(shù)、連接方式、阻抗、電壓控制方法和冷卻方式。 4.1 升壓站主變壓器的選擇 4.1.1 主變臺數(shù)的確定 根據(jù)圖 3.2 升壓站主線的要求，為變壓器選擇的數(shù)目為 1。 4.1.2 主變?nèi)萘康挠嬎闩c選擇 主變壓器的容量等于 25 個發(fā)電機的總?cè)萘?，即發(fā)電機端子的容量。 （4-1）kVA pn S78950 95 . 0 253 cos 選擇能儲存容量 90000kVA 的變

36、壓器。 4.1.3 變壓器相數(shù)的選擇 主變壓器的相數(shù)：三相和單相。三相變壓器適用于低于 330 千伏的風電場，單相 變壓器，不容易安裝，相位變換器過大。 如果運輸條件不會對相數(shù)的選取造成影響，則對于小于 110kV 的發(fā)電廠而 言，應(yīng)對三相變壓器進行選取。然而在對主變壓器相數(shù)的選取過程中，需以變 壓器的實際設(shè)計情況以及發(fā)電廠的基本數(shù)據(jù)為依據(jù)來完成對相數(shù)的選取。 設(shè)計電壓為 110 千伏，容量為 90 兆伏，選擇了三相變壓器。 4.1.4 變壓器繞組的選擇 根據(jù)卷繞線的數(shù)量，可以將兩個線圈、三個線圈分成自動連接，系統(tǒng)中有多個電壓級 別，并且您可以選擇多個卷繞變壓器，當設(shè)備容量超過 200 兆瓦時

37、，三個線性變壓器不會 產(chǎn)生。通常不使用。 相比于三繞組變壓器，一臺雙繞組變壓器的制造成本更為低廉，且所運用 到的輔助以及控制設(shè)備更為簡單。為了更加方便地進行運行維護，能夠靈活地 11 實現(xiàn)安裝調(diào)試過程，確保每個操作都能夠使繼電保護需求得到滿足，不僅能降 低工作量以及減小土地資源的占有量，同時盡可能地降低制造以及運行成本， 同時本文設(shè)計電壓等級 110kV/35kV，選擇雙繞組變壓器。 4.1.5 變壓器繞組連接方式的選擇 一種連接兩個線圈的方法，其中星和三角形分別由 Y 符號和 D 符號表示， 系統(tǒng)的電壓相位必須與選定的傳輸線類型相對應(yīng)。從而才可實現(xiàn)并聯(lián)運行。 當發(fā)電廠的電壓等級大于 110k

38、V 時，一般會對星形連接方式的變壓器繞組 進行選取，而當電壓等級在不超過 35kV 的情況下，一般會以角形連接方式的變 壓器繞組進行選取。 電壓電平大于 110kv 選擇 NY 連接模式以獲得中性點。 35kV 側(cè)可選擇三 角形連接方式，這樣可消除三次諧波對發(fā)電機組帶來的影響。110kV 側(cè)選擇 YN0 的星型聯(lián)結(jié)方式。 4.1.6 變壓器調(diào)壓方式的選擇 在電網(wǎng)的運行過程中，任何部位的電壓值都需時刻控制在電網(wǎng)最高電壓以 下，一般情況下，發(fā)電廠一次側(cè)母線的電壓值應(yīng)被控制電網(wǎng)額定電壓的 95%100%以上。 無載調(diào)壓以及有載調(diào)壓是兩種不同的調(diào)壓方式。其中無載調(diào)壓無法實現(xiàn)負 荷切換，一般情況下，5%

39、為其調(diào)壓范圍，而有載調(diào)壓則具備負荷切換能力， 調(diào)整范圍較大，最高可達 30%。 根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊第 5-3 節(jié)中主變壓器電壓調(diào)節(jié)方法的選擇， 對于 110kV 及以下的變壓器，建議考慮使用至少一個電壓的變壓器采用有載電 壓 監(jiān)管模式。本次設(shè)計的升壓站的電壓為 110kV，作為輸出電源，具有較大的 電壓波動性，為了保證電壓質(zhì)量，選擇有載調(diào)壓方法。 4.1.7 變壓器阻抗的選擇 對于普通的雙繞組變壓器，根據(jù)通常的標準選擇該值。110 千伏的旁路變壓器 根據(jù)風力發(fā)電系統(tǒng)的典型設(shè)計，為升壓站變壓器找到了 10.5%的阻抗值。 4.1.8 中性點接地方式的選擇 變壓器的中心點的選擇與電力系統(tǒng)在電

40、網(wǎng)上的安全操作、系統(tǒng)的可靠性、 系統(tǒng)的配置以及故障時的短路有關(guān)。高壓系統(tǒng)超過 110 千伏選擇接地。這種方 法也稱為高電流接地方法。其主要優(yōu)點是：減少保溫投資；因為當主變壓器改 變時，中性點電壓是單相接地的。在零電壓下，正常工作相電壓可保持恒定， 從而減少故障期間對系統(tǒng)設(shè)備的損壞。 4.1.9 升壓站主變壓器的冷卻方式的選擇 變壓器的冷卻方式有以下幾種： 1、天然風冷卻（適用于容量小于 110 千伏的小型變壓器的低于 31500 千 12 伏安、低于 35000 千伏安和低于 50000 千伏安）； 2、強制性油循環(huán)風力冷卻器（適用于 50 000 至 90 000 千伏和 220 千伏 的大

41、容量變壓器）； 3、強制性油循環(huán)液壓制冷（適用于 220 千伏以上和 60 兆瓦以上的變壓器） ； 4、強制油循環(huán)風冷（750000 千伏安以上，110 千伏安以上，120000 千伏 安以上，2200KV 以上，330 千伏安和 500 千伏安大容量）； 5、通過強制轉(zhuǎn)向油循環(huán)冷卻水（成本小，散熱高）。 該變壓器為 110 千伏。由于需要通過冷卻空氣來浸沒油，因此選擇了浸沒氣泡 空氣冷卻變壓器。 4.1.10 升壓站主變壓器各側(cè)電壓的選擇 當將一定電壓電平用作電源時，線路端的電壓調(diào)節(jié)電壓損失為 5%，而側(cè)向電壓 水平為 105%，以達到線路端的電壓質(zhì)量。其中，根據(jù)柵極電壓確定側(cè)電壓，因 此，

42、低電壓側(cè)的 35 千伏線圈電壓為 37 千伏，高壓側(cè)的 110 千伏線圈電壓為 115 千伏。 4.1.11 升壓站主變壓器型號的確定 最后，選擇了 SF 8-90 000 千伏安/110 千伏安負載調(diào)節(jié)變壓器。 表 4.1 升壓站變壓器的參數(shù) 4.2 箱式變壓器的選擇 4.2.1 箱變臺數(shù)的確定 根據(jù) GB 51096-2015 年風力發(fā)電場設(shè)計標準，風力發(fā)電廠和子發(fā)電廠應(yīng)采用 兩階段辦法。該模式由 25 個風力發(fā)電廠組成，需要 25 個子發(fā)電廠，因此需要 25 個變壓器箱。 4.2.2 箱變?nèi)萘康挠嬎闩c選擇 應(yīng)根據(jù)風力發(fā)電機的額定視在功率選擇箱式變壓器的容量。 額定視在功率： （4- co

43、s P S 額定電壓（kV） 型號 額定容量 （kVA）高壓低壓 阻抗電壓 （%） 連接組別 SF8-90000kVA/110kV900001102*2.5%3710.5YNyn0d11 13 2） S視在功率 P額定功率，單機容量 功率因數(shù)cos 計算： MWP395. 0cos MW P S16. 3 95. 0 3 cos 考慮到選定的箱式變壓器必須具有一定的靈活性，箱式變壓器的容量視情 況而定為 4 兆瓦，每臺箱式變間隔距離為 30m。 4.2.3 箱變相數(shù)的選擇 主變壓器的相位通常分為三個相位和一個相位，三相變壓器適合于低于 330 千 伏的風力場，單相變壓器包是成本和重量，因此很難

44、發(fā)揮作用。這一側(cè)面的電 壓為 35 千伏，采用三個相位。 4.2.4 箱變繞組的選擇 根據(jù)卷繞線的數(shù)量，可以將兩個線圈、三個線圈分成自動連接，系統(tǒng)中有多個電壓級 別，并且您可以選擇多個卷繞變壓器，當設(shè)備容量超過 200 兆瓦時，三個線性變壓器不會 產(chǎn)生。通常不使用。 箱式變壓器的額定電壓為 0.69 千伏/35kv，選擇雙繞組變壓器。 4.2.5 箱式變壓器繞組連接方式的選擇 一種連接兩個線圈的方法，恒星和三角形分別由 Y 和 D 符號表示，變壓器線圈 的連接必須與系統(tǒng)電壓相匹配。T 由 YN 連接，35 千伏 Y 連接，大多數(shù)中性點通 過電弧連接到地球，在電壓小于 35 千伏的情況下，變壓器

45、線圈連接到 Delta.35 變壓器的低電壓側(cè)電壓為 0.69 千伏，連接到三角洲。高壓側(cè)電壓 Y 型連接，中性點與電弧環(huán)接地，因此線圈連接的方法是 DYN-11。 4.2.6 箱式變壓器阻抗的選擇 35.KV 旁路變壓器根據(jù)“風力場電力系統(tǒng)典型設(shè)計”回收，盒式變壓器的阻抗 值為 6.5%。 4.2.7 箱式變壓器調(diào)壓方式的選擇 機器變壓器是根據(jù) GB 51096-2015 風力場設(shè)計規(guī)格選定的，沒有磁性調(diào)節(jié)變壓 器。 4.2.8 箱式變壓器的冷卻方式的選擇 變壓器的冷卻方式有以下幾種： 14 1、天然風冷卻（適用于容量小于 110 千伏的小型變壓器的低于 31500 千 伏安、低于 3500

46、0 千伏安和低于 50000 千伏安）； 2、強制性油循環(huán)風力冷卻器（適用于 50 000 至 90 000 千伏和 220 千伏 的大容量變壓器）； 3、強制性油循環(huán)液壓制冷（適用于 220 千伏以上和 60 兆瓦以上的變壓器） ； 4、強制油循環(huán)風冷（750000 千伏安以上，110 千伏安以上，120000 千伏 安以上，2200KV 以上，330 千伏安和 500 千伏安大容量）； 5、通過強制轉(zhuǎn)向油循環(huán)冷卻水（成本小，散熱高）。 因此，本次設(shè)計的箱式變壓器采用自然風冷模式。 4.2.9 箱式主變壓器各側(cè)電壓的選擇 如果將一定電壓電平用作電源，以達到線路端的電源電壓的質(zhì)量，線路端的電

47、壓對準電壓損失為 5%，并且根據(jù)對準電壓的 105%確定側(cè)電壓電平。側(cè)為負載端， 側(cè)電壓根據(jù)柵極電壓確定，風力渦輪機的額定電壓為 0.69 千伏，側(cè)電壓為 0.69 千伏，側(cè)電壓為 35 千伏，側(cè)電壓為 37 千伏。 4.2.10 箱式主變壓器型號的確定 選擇 S11-4000/35kV 型號的無勵磁調(diào)壓變壓器。 該變壓器的參數(shù)如下： 表 4.2 箱式主變壓器的參數(shù) 4.3 小結(jié) 本章節(jié)，選擇主變壓器和增壓站盒式變壓器的數(shù)目、容量、相位、線圈和連接 模式、阻抗、電壓調(diào)節(jié)模式、冷卻模式和側(cè)電壓。 變壓器型號： 升壓站主變壓器：SF8-90000kVA/110kV； 箱式變壓器：S11-4000/

48、35kV。 額定電壓（kV） 型號 額定容量 （kVA）高壓低壓 阻抗電壓 （%） 連接組別 S11-4000/35kV4000352*2.5%3.156.5Dyn11 15 第五章 短路電流計算 在電氣系統(tǒng)中，短路現(xiàn)象時有發(fā)生，短路指的是各項之間或者項與地之間 所發(fā)生的不正常接觸，從而形成的不必要的通路的現(xiàn)象27。 本章節(jié)的內(nèi)容，是對短路電流來進行計算的。首先，計算基準電流值， 然后計算主變壓器、箱式變壓器、風電機組、集電線路，以及系統(tǒng)電抗的標 幺值，進而根據(jù)一系列數(shù)據(jù)，最后計算了短路電流以及短路沖擊電流。 5.1 計算短路電流的目的 1、根據(jù)上一章的內(nèi)容和以下計算的短路電流來確定電流限制裝

49、置。 2、選擇并安裝用于消除短路屏障的保護裝置； 3、在短路情況下減少對電氣設(shè)備的損壞； 4、根據(jù)計算，選擇適合于熱和動態(tài)穩(wěn)定性的裝置。 5.2 各元件的計算 5.2.1 基準值的計算 1、基準容量：MVASj100 2、基準電壓：，kVU j 72 . 0 69 . 0 kVU j 37 35 kVU j 115 110 3、基準電流分別為： （5-A U S I j j j k187.80 72. 03 100 369 . 0 69. 0 1） （5-kA U S I j j j 56 . 1 373 100 335 35 2） （5-kA U S I j j j 502. 0 1153

50、100 3110 110 16 3） 4、系統(tǒng)的最大短路電流：0kA 計算基本條件，如下： 表 5.1 短路電流的基本條件 元件主要參數(shù) 風電機組單機容量=3MW =0.95 =14% e Pcos d X 箱式變壓器額定容量=4000kVA 短路阻抗=6.5 xb S %d U 升壓站變壓器額定容量=90000kVA 短路阻抗=10.5 zb S %d U 集電線路35kv 架空線路 30km 5.2.2 各元件的標幺值的計算 1、升壓站主變壓器的電抗標幺值： （5-12. 0 90 100 100 5 . 10 100 % * zb j d zb S S U X 4） 2、箱式變壓器的電抗

51、標幺值： （5-625. 1 4 100 100 5 . 6 100 % * )253,2, 1( xb j d S S U X nxbn 5） 3、風電機組的電抗標幺值： （5-43 . 4 95 . 0 3 100 100 14 cos100 * )253,2, 1( e j d P S X X ngn 6） 4、集電線路的電抗標幺值： （5-438 . 0 37 100 154 . 0 22 * )2, 1( j j LnLn U S LxX 7） 5、系統(tǒng)的電抗標幺值： 系統(tǒng)側(cè)提供的最大短路電流為 0 kA，即 s X 5.2.3 等值阻抗圖 17 風電場等值阻抗圖，如下圖所示： 圖

52、5.1 等值阻抗圖 5.3 短路電流的計算 如圖 5.1D-1、D-2、D-3 和 D-4 所示，D-1 短路點是 110 千伏、35 千伏總線部 分 D-2、集成電路終端 D-3 和發(fā)電機終端 D-4 的輸出部分。 1、d1 處的短路電流計算 （5-ssdXX * 1 * 8） （5-9） * 2 * 2 * 1 * 1 * 1 )/()( zbLGLGgd XXXXXX （5- )/(/)/()( * 12 * 12 * 2 * 2 * 1 * 1 * 1xbgxbgxbgG XXXXXXX 10） （5- )/(/)/()( * 25 * 25 * 14 * 14 * 13 * 13 *

53、 2xbgxbgxbgG XXXXXXX 11） 得到： 18 * 1ssd XX 466 . 0 * 1G X 433 . 0 * 2 G X 564. 0 * 1 gd X d1 處，短路時的等值阻抗圖如圖 5.2： 圖 5.2 d1 處的等值阻抗圖 系統(tǒng)側(cè)提供： 短路電流： （5- kA X I I sdk j sdk 0 502. 0 1 * 110 1 12） 短路沖擊電流： （5- kAIisdk sdsh 055 . 2 1 1 d1 sdX1 * gdX1 * #1-25 風電機組 19 13） 風電機組提供： 短路電流： （5- kA X I I gdk j gdk 89 .

54、 0 502 . 0 1 * 110 1 14） 短路沖擊電流： （5- kAIigdk gdsh 27. 255 . 2 1 1 15） 即 d1 處： 短路電流 （5-16） kAIIIgdksdk dk 89. 011 1 短路沖擊電流 （5-17） kAiiigdshsdsh dsh 27 . 2 11 1 2、d2 處的短路電流計算 （5-18） * 2zbssd XXX （5-19） )/()( * 2 * 2 * 1 * 1 * 2LGLGgd XXXXX 得到： 12 . 0 * 2zbssd XXX 444 . 0 * 2 gd X d2 短路時的等值阻抗圖如圖 5.3： 2

55、0 圖 5.3 d2 處的等值阻抗圖 系統(tǒng)側(cè)提供： 短路電流： （5-20） kA X I I sdk j sdk 0 56. 1 2 * 35 2 短路沖擊電流： （5- kAIisdk sdsh 055. 22 2 21） 風電機組提供： 短路電流： （5- kA X I I gdk j gdk 514 . 3 444 . 0 56 . 1 2 * 35 2 22） 短路沖擊電流： （5- kAIigdk gdsh 961 . 8 55 . 2 2 2 23） 即 d2 處： 21 短路電流 （5- kAIIIgdksdk dk 514. 322 2 24） 短路沖擊電流 （5- kAii

56、igdshsdsh dsh 961 . 8 22 2 25） 3、d3 處的短路電流計算 （5-26） * 1 * 2 * 2 * 3 )/()( LLGzbSsd XXXXXX （5-27） * 1 * 3Ggd XX 得到： 438 . 0 * 3 sd X 466. 0 * 1 * 3 Ggd XX d3 短路時的等值阻抗圖如圖 5.4： 圖 5.4 d3 處的等值阻抗圖 22 系統(tǒng)側(cè)提供： 短路電流： （5-28） kA X I I sdk j sdk 562 . 3 438. 0 56 . 1 3 * 35 3 短路沖擊電流： （5-29） kAIisdk sdsh 083 . 9

57、55. 23 3 風電機組提供： 短路電流： （5-30） kA X I I gdk j gdk 348 . 3 466 . 0 56. 1 3 * 35 3 短路沖擊電流： （5-31） kAIigdk gdsh 537 . 8 55 . 2 3 3 即 d3 處： 短路電流 （5-32） kAIIIgdksdk dk 91. 633 3 短路沖擊電流 （5-33） kAiiigdshsdsh dsh 62.1733 3 4、d4 處的短路電流計算 （5-34） * 1 * 12 * 12 * 3 * 4 )/( xbxbgsdsd XXXXX （5-35） * 1 * 4ggd XX 得到

58、： 033 . 2 * 4 sd X 43 . 4 * 1 * 4 ggd XX d4 短路時的等值阻抗圖如圖 5.5： 23 圖 5.5 d4 處的等值阻抗圖 系統(tǒng)側(cè)提供： 短路電流： （5- kA X I I sdk j sdk 443.39 033 . 2 187.80 4 * 69. 0 4 36） 短路沖擊電流： （5- kAIisdk sdsh 58.10055 . 2 4 4 37） 風電機組提供： 短路電流： （5- kA X I I gdk j gdk 1 . 18 43 . 4 187.80 4 * 69 . 0 4 38） 短路沖擊電流： （5- kAIigdk gdsh

59、 155.4655. 24 4 24 38） 即 d4 處： 短路電流 （5- kAIIIgdksdk dk 543.5744 4 40） 短路沖擊電流 （5- kAiiigdshsdsh dsh 735.14644 4 41） 計算結(jié)果的整理，如下表所示： 表 5.2 4 個短路點的計算結(jié)果 5.4 小結(jié) 本章節(jié)，通過給定的原始數(shù)據(jù)，計算了升壓站主變壓器、箱式變壓器、風 電機組、集電線路，以及系統(tǒng)的電抗標幺值。最后結(jié)合所畫出的等值阻抗圖， 計算出各個結(jié)點處的短路電流、短路沖擊電流。 k I sh i 短路電流值短 路點 d1 110kV d2 35kV d3 集電線路 d4 風電機組 短路電

60、流 k I 0.89kA3.514kA6.91kA57.543kA 短路沖擊電流 sh i 2.27kA8.961kA17.62kA146.735kA 25 第六章 電氣設(shè)備的配置與選擇 電氣設(shè)備的選擇是電氣設(shè)計的主要組成部分之一。合理選擇合適的設(shè)備以滿足 主要布線和安全經(jīng)濟運行的電力分配設(shè)備的要求。根據(jù)實際建筑條件及安全和 可靠性條件，z 適當?shù)恼{(diào)節(jié)電流、調(diào)節(jié)電壓、調(diào)節(jié)電容、機械負荷、調(diào)節(jié)開啟 電流、絕緣電流等。最終選擇了最佳的電氣設(shè)備。 6.1 電氣設(shè)備選擇的條件 6.1.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則 （1）根據(jù)標準操作條件，視額定電壓、額定電流和電氣設(shè)備的自然環(huán)境而定; （2）應(yīng)根據(jù)當?shù)氐?/p>