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1、 SOLAR ENERGY 浅谈风力发电电气主接线及主变的选择 神华国华能源投资有限公司锡林郭勒分公司 尹 树强 摘要：随着全球变暖的影响，风力发电也如雨后春笋般地大建扩建。建设风力发电也必须经过选址、 初设等一系列步骤，由于风力发电的不稳定因素，导致在选择电气主接线及主变压器等方面 面临很大挑战，既要操作简单又要减少资金浪费。本文根据原始资料简述了变电站电气主接 线设计选择的原则、特点，对电气主接线的设计选择过程进行了分析，并从经济性、可靠性 方面考虑，选择最优方案。 关键词：单母线；单母分段；单母带旁路；双母接线；主变压器 0引言 电力飞速发展，电力工业在国民经济中的作 用已为人所共知，它
2、不仅全面影响国民经济其他 部门的发展，同时也极大地影响了人民物质与文 化水平的提高，影响整个社会的进步，其中发电 厂在电力系统中起着重要作用。随着人们生活水 平的提高，人们对电能需求也越来越高，同时， 对电能质量的要求也越来越高。这要求我们应不 断改进技术，改正以前存在的缺点和不足，并提 出更高的要求。 本次设计的主要任务是风力发电电气主接线 及主变压器选择再探讨，设计内容具体如下： 1) 确定主接线方案并对保留方案做技术经 济比较。主接线代表火电厂或变电所电气部分主 体结构，是电力系统网络结构的主要组成部分， 直接影响运行的可靠性和灵活性，并对电器选择 和配电装置布置及继电保护的整定都有决定
3、性关 系。因此，主接线的正确合理设计，必须综合处 理各方面的因素，经过技术经济论证比较后方可 确定为内桥接线的方案。 2) 电气主接线的设计 1。电器主接线设计应 遵循可靠性、灵活性和经济性 3个方面。 1电气主接线最优方案的确定 因为本设计的发电机无近区负荷，所以可 采用无汇流母线接线，即单元接线（发电机 - 变压器组接线）。根据发电厂电气部分第 170页，发电机 -变压器单元接线对开关的设计 要求：发电机和变压器容量配套，两者不可能单 独运行，所以，发电机出口一般不装断路器，只 在变压器的高压侧装设断路器；断路器与变压器 之间不必装设隔离开关。但为了发电机单独试验 及在发电机停机工作时由系
4、统供给厂用电，发电 机出口可装设一组隔离开关。 1.1对于 220 kV母线接线方式的选择 2 电气主接线的形式多种多样，但每种形式都 要求有一种合理经济的方案与其对应。现根据发 电厂电气部分第 4章第 2节 “ 有汇流母线的接 线 ” 要求： 1) 单母线的使用范围： 110 220 kV配电装 置出线回路数不超过 2回； 2) 单母分段接线的适用范围： 110 220 kV 配电装置出线回路数为 3 4回； 3) 单母带旁路的适用范围： 110 220 kV出 线为 5回及以上时，在系统中居重要位置时， 收稿日期 ： 2014-05-04 通信作者：尹树强 （ 1979 )，男，大学本科、
5、工程师。 - SOLAR ENERGY 02/2015 SOLAR ENERGY EMslsEa投來产品 - 220 kV出线 5回及以上时； 4) 双母接线的适用范围： 110 220 kV配电 装置，当出线回路为 5回及以上时采用双母分段。 结合本设计， 220kV配电装置出线为 2回， 因此可采用单母接线，母线两侧均装有隔离开关 及断路器，用以检修母线。所以可拟定方案一， 如图 1所示。 图 1方案一电气主接线 1.2单元接线的优点 1) 接线简单，开关设备少，操作简便。 2) 故障可能性小，可靠性高。 3) 由于无发电机电压母线，无多台机并列。 发电机出口短路电流有所减小，可限制短路
6、电流。 4) 配电装置结构简单。 1.3单元接线的缺点 单元接线中任意元件故障或检修都会影响整 个单元的工作。由于此电厂 220 kV配电装置有 2回出线，故可选用桥形接线。方案二、方案三 分别如图 2、图3所示。 图 2方案二电气主接线 图 3方案三电气主接线 1.4经济比较选优 1.4.1方案一与方案二的初步经济比较 方案一为单母线接线，方案二为外桥接线。 统计短路器的个数：方案一有 4个短路器，方案 二有 3个短路器。从经济角度出发方案二比方案 一经济，所以选择方案二 s 1.4.2方案二与方案三的比较 方案二（外桥 ） 特点： 1)其中一回线路检修 或故障时，有一台变压器短时停运，操作
7、复杂； 2)变压器切除、投入或故障时，有一回短路时停 运，操作较复杂； 3)线路侧断路器检修时，线路 需较长时间停运。 方案三（内桥 ） 特点： 1)其中一回线路检修 或故障时，有一台变压器短时停运，操作简单； 2)变压器切除、投入或故障时，有一回短路时停 运，操作较复杂； 3)线路侧断路器检修时，线路 需较长时间停运。 由二者的特点可知，对外桥，当检修变压器 侧断路器时，变压器需停 运。但对于内桥接线， 没有停运变压器的必要。因为当检修线路侧断路 器时，此线路变压器可通过桥经另一线路向电网 供电。因此方案三比方案二好。 最终选择方案三外桥接线（见图 3)。 2主变的选择 3 2.1主变容量的
8、选择 4 单元接线主变压器的容量应按发电机额定容 - - SOLAR ENERGY 02/2015 SOLAR ENERGY 量扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%裕度的 选择。所以变压器的容量 (MW)为： 5,tn= 1.10( Kv)ICOS(pa 式中，？ _为发电机的额定容量；为 发电机的额定功率因数； 为厂用电率。所以， 由式 （ 1)得： &=l.lxl x(卜 8%)/0.85 =112.44 MW 可选主变型号为： SFP7-120000/220。 2.2主变形式的选择 在 330 kV及以下的发电厂和变电所中 ，一 般都选用三相式变压器，因为三相较同容量的单 相式投资少、占
9、地小、损耗小，同时配电装置的 结构简单、运行维护较方便。比较以上各特点， 选三相变压器。 2.3主变绕组数的确定 1) 只有一种升高电压向用户供电或与系统连 接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用 双绕组变压器。 2) 有两种升高电压向用户供电或与系统连接 的发电厂，以及有 3种电压的变电所可采用双绕 组或三绕组变压器。 根据以上两点，结合本厂只有一种升高电压， 故选用双绕组变压器。 2.4绕组接线组别的选择 我国电力变压器的三绕组所采用的连接方式 为：110 kV及以上电压侧均为 “ YN” ， 即由中 性点引出并直接接地； 35 kV侧作为高中压侧时 都可采用 “ Y” ，其中，中性点
10、不接地或经消弧 线圈接地，作为低压侧时可能用 “ Y” 或 “ D” ； 35 kV以下，电压侧（不含 0.4 kV及以下 ） 一般 为 “ D” ，也有 “ Y” 方式。所以，本变压器 220 kV侧采用 “ YN” ，即由既有中性点引出并直接 接地方式。 2.5调压方式的确定 5 变压器的电压调整是用分接开关切换变 压器的分接头，从而改变其变比来实现的。无 励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有 10%(2 x2.5%)， 且分接头必须在停电的情况下 才能调节；有载调压变压器的分接头较多，调 压范围可达 30%，且分接头可在带负荷的情况 下调压，但其结构复杂、价格贵，在下述情况 采用较为
11、合理 ： 1)出力变化大，或发电机经常在 低功率因数运行的发电厂主变压器；2)具有可逆 工作特点的联络变压器； 3)电网电压可能有较大 变化的 220 kV及以上的变压器； 4)电力潮流变 化和电压偏移较大的 110 kV变电所的主变压器。 基于上述各种情况，电厂主变分接头应选为 2422 x2.5% 2.6冷却方式 6 1) 自然风冷却。无风扇，反借助冷器、热辐 射和空气自然对流冷却，额定容量在 1000 kVA 及以下。 2) 强迫空气冷却，简称风冷式。在冷却器 间加装数台电风扇，使油迅速冷却，额定容量在 8000kVA及以下。 3) 强迫油循环冷却。采用潜油泵强迫油循 环冷却，并对油管进
12、行冷却，额定容量在 4000 kVA及以上。 4) 强迫油循环水冷却。采用潜油泵强迫 油循环，并用水对油管进行冷却，额定容量在 120000 kVA 及以上。 5) 强迫油循环导向冷却。采用潜油泵将油压 入线圈之间、线饼之间和铁芯预先设计好的油道 中进行冷却。 表 1具体参数 型号 额定容量 /kVA 额定电压 /kV 高压 低压 连接 组别 阻抗 电压/% 空载 电流/% 相别 绕组接 线组别 绕组数 调压 方式 冷却 方式 SFP7-120000 /220 1.2 105 242士 2x2.5% 10.5 YN, dll 12 14 0.9 三相 YN 双绕组 242士 2x2.5% 风冷
13、却 (转第 31页） - 0 - SOLAR ENERGY 02/2015 图 7地表剩余水平变形等值线示意图 4.3进行稳定性分区 根据地表变形值将场区分为基本稳定区 （ 1 区）和 稳定性较差区 （ II区 ）， 详见图 6 7。其 中基本稳定区 （ 1区）地表倾斜、水平变形分别 小于 3mm/m、 2 6mm/m,稳定性较好。 4.4建（构）筑物设计 4.4.1总体布置调整 进行光伏区、升压站区布置时，一般需考虑 地形、地质、地类、交通、送电接入条件等因素。 鉴于场区东侧变形小的特点，建（构 ； )筑物应 优先布置在基本稳定区 （ I区）内，升压站区建筑 抗变形能力较差，应尽量布置在变形
14、最小区域。 4.4.2光伏组件排列 加大支架高度，增至 1 m， 抵消沉陷影响； 根据地表变形参数，确定组件长度，避免光伏板 变形破坏。 4.4.3建筑物基础 尽量减少建筑物基础面积，并应采用抗变形 TiM 4l ) 6) 水內冷。将纯水注入空心绕组中，借助水 的循环，将变压器的热量带走。 因为此设计的主变容量为 120000 kVA， 从 经济方面考虑采用强迫油循环风冷式。综上所述， 主变最终选为： SFP7-120000/220型，其参数等 详见表 1。 3结论 现在已建成与在建风力发电厂接线形式越来 越简单、经济，绝大多数都采用单母线接线或单 母分段接线，单从可靠性考虑，方案三较优于其
15、他两种接线形式。很多设计单位考虑风力发电前 期投入较高，于是简化接线，节省设备以便节约 SOLAR ENERGY _ 技术产品与工 g 能力较大基础类型，如整体板状基础。 4.4.4变形观测 进行变形观测，验证前期结论，对可能出现 的问题进行分析、论证。 5结论 本文结合工程实际情况，以场址的塌陷评价 为基础，针对光伏建（构）筑物的固有特点，首 先对工程进行稳定性分区，在最稳定的地区优先 放置抗变形能力弱的建筑物；其次对建（构）筑 物变形进行验算，确定组件排列长度及建筑物基 础类型等重要设计方案，从而使闲置土地得到利 用成为可能。 毋庸置疑，地面塌陷恶化了场区原地质条件， 有时会与水体、滑动土
16、体及其他不良地质因素叠 加，形成复杂的作用。这也是设计时难以把控的， 因而安排变形观测工作便不可或缺，观测值除可 验证前期设计的合理性外，也为今后此类工程的 设计积累宝贵经验。 参考文献 1 ISBN 7-5020-1662-7/TD7-65， 建筑物、水体、铁路及主要 井巷煤柱留设与压煤开采规程 S. 2 ISBN 978-7-112-08828-7，工程地质手册（第四版） S. 3 GB 50021-2001，岩土工程勘察规范 (2009 版） S. QH 成本。对于主变的选择，绝大多数情况下采用风 冷足以满足运行条件。 参考文献 1 水利电力部西北电力设计院 .电力工程电气设计手册 （
17、1.2) M.北京：中国电力出版社， 1996: 566 631. 2 黄纯华 .发电厂电气部分课程设计参考资料 M.北京：中 国电力出版社， 2001. 3 周泽存，沈其工，方瑜，等 .高电压技术 M.北京：中 国电力出版社， 1988: 263 265. 4 牟道槐，李玉盛，马良玉 .发电厂 -变电站电气部分 M. 重庆：重庆大学出版社， 1998， 33 162. 5 丁毓山 .发电厂、变电所设计 （ 10-220 kV)M.沈阳：辽宁 科学技术出版社， 1993， 42 43， 360 397. 6 姚春球 .发电厂电气部分 M.北京：中国电力出版社， 2004, 65 - 130. GH0 SOLAR ENERGY 02/2015