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1、XX 大学 XX 学院毕业设计能源是世界发展的动力,2010年BP世界能源统计年鉴的题目为衰退与复苏，根据该统计年鉴的数据显示从2009年6月开始世界能源消费的总量又开始了新的攀升，能源消费量同比年增长已经达到了3。巨大的消费基数伴随着不断加快的增长趋势，能源的“开源”已经是一个世界性的问题。不仅如此，能源结构也亟需调整.即将枯竭的传统化石能源由于其不可再生性以及对生态环境的危害性已经不能满足人们的能源消费需求了。因此，发展一种干净的、可再生的新型能源成为迫在眉睫的要务.风能是一种便于利用的可再生能源，每年可以利用的风能估计有53000TW。h(53万亿度）之多,可以说它取之不尽用之不竭，而且
2、干净环保、对环境的危害很小，因此是一种很有前景的新型能源。目前，风能的利用技术已经基本成熟，在可再生能源技术领域仅次于水电技术。我国的风能储量丰富分布广泛，因此发展风能成为我国调整能源结构、增加能源产量的较好选择。另外，风能在解决偏远地区用电方面也有不可替代的作用。本文首先对风力发电机系统和工程概况分析，选定集电线路主接线，再由电能通过集电线路进入升压站参数,进行电气设备选型。1 1 风力发电机组概述风力发电机组概述风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为水平轴风力机和垂直轴风力机两类。水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转，工作时，风轮的旋转平面与风向垂直,如图 1。1 所示。风轮上的
3、叶片是径向安置的,与旋转轴相垂直,并与风轮的旋转平面成一角度(安装角).风轮叶片数目的多少,视风力机的用途而定.用于风力发电的风力机一般叶片数取14（大多为 2 片或 3片)，而用于风力提水的风力机一般取叶片数 1224.叶片数多的风力机通常称为低速风力机,它在低速运行时,有较高的风能利用系数和较大的转矩。它的起动力矩大,起动风速低,因而适用于提水。叶片数少的风力机通常称为高速风力机,它在高速运行时有较高的风能利用系数,但起动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此适用于发电。风力发电系统顾名思义是由风力机系统和发电机系统构成，并由系统控制控制。风力机系统主要
4、包括风轮、机舱、偏航系统。发电系统主要包括发电机、历次调节器、转速传感器等。第1页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计图 1.1 风轮的气流图1 1。1 1 风力机的结构风力机的结构风力机从外部结构分为风轮、机舱、塔筒、基础。1.11.1。1 1 风轮风轮风力机区别于其他机械的最主要特征就是风轮。风轮一般由 23 个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。小型风力机的常用优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧.大、中型风力机叶片表皮是采用复合材料玻璃纤维，中间两根大梁是负荷材料，中间夹层是轻质泡沫材料。上下层分别成型，然后与大梁粘接。风
5、力机的叶片都要在轮毂上。轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的对象.同时轮毂也是控制叶片桨距(使叶片作俯仰转动)的所在，通过改变叶片仰角可实现功率调节称为变桨系统。在大型风力机中,常采用带控制系统的电机或液压机构来控制叶片的桨距.如图 1。2 所示.图 1.2 变浆系统1 1。1 1。2 2 机舱机舱由风力发电机的不同，机舱可分为同步型机舱和异步型机舱。（1）异步型机舱机舱大致由齿轮箱、发电机、机座、调速器或限速器、调向器、停车制动几个部分组成。机舱结构如图 1.3 所示。图 1。3 机舱结构图低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴
6、节和制动器组成了风力机的传动系统。其作用为，将低转速的动能转化并且控制为高转速的动能带动发电机。发电机主要有双速异步发电机、滑差可调绕线式异步发电机、双馈异步发电机三种类型。本设计选用的 WT1650/82 型风力发电机组采用的是水冷双馈异步发电机，主要特点有采用强迫风冷(IC666 或 IC616）或水冷（IC41W）；安装方式为 IMB3、防护等级 IP54、滑环防护等级 IP23；转子采用类似牵引电机第2页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计的成熟的变频绝缘结构，具有抗高频谐波冲击能力：采用绝缘轴承系统及接地电刷,消除轴电流对轴承寿命的影响：定子绕组装有热电阻传感器，用于实时监控
7、定子绕组温升:碳刷工作寿命长，且具有碳刷磨损自动监测功能；所需变频器功率小，风机整机价格低;功率因数调节范围宽,无需功率因数补偿装置;转速范围宽，并网时对电网冲击及干扰小；输出谐波畸变小。主要参数见表 1。1。表 1。1 YFF005 型 1.65MW 水冷双馈异步风力发电机主要参数表额定功率冷却方式定子/转子额定电流定子输出频率额定转速重量滑环防护等级运行转速范围切入风速额定风速1670KWIC41W1167A/394A50Hz1800r/min6300KGIP2310002000r/min3m/s12m/s额定效率97%定子/转子额定电压690V/443V定额类型转子开路电压定/转子接线方
8、式发电机防护等级绝缘等级运行环温切出风速生存风速S12188V/YIP54H304025w/s52。5m/s（2）同步型机舱同步型机舱与异步型机舱区别在于，前者没有增速系统,比如齿轮箱、高低速轴等，发电机也不在机舱内。机舱主要包括偏航轴承与本地轮毂操作盘，主要起到实现偏航系统、维护时锁定轮毂和主轴承与轮毂的冷却等作用。机舱结构如图 1。4 所示。图 1.4 同步型机舱机构图1 1。1 1。3 3 偏航系统偏航系统偏航系统与风力发电机组的控制系统相配合，使风力发电机组的叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电效率。主机架上内嵌有滑动元件，使其在偏航齿圈上滑动。偏航齿圈又与塔筒连接。根据风
9、向记录的信号,由安装在主机架上的偏航系统的同步电机驱动，使机舱在与塔筒连接的偏航齿圈上转动。偏航系统主要由:偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压回路组成。如图 1。4 所示。图 1.5 偏航系统实图第3页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计1.1.41.1.4 塔筒塔筒塔架有张线支撑式和悬臂梁式两种基本形式。塔架所用的材料可以是木杆、铁管或其它圆柱结构,也可以是钢材做成的桁架结构。塔筒有为风力发电机获得较高且稳定的风速,即让风轮处于风能最佳的位置:给风轮及主机（机舱)提供满足功能要求的、可靠的固定支撑;提供安装、维修等工作的平台等作用.1.21.2 风
10、力发电机原理风力发电机原理恒速/恒频发电机系统一般来说比较简单,所采用的发电机主要有两种：同步发电机和鼠笼式异步发电机。前者运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速,后者则以稍高于同步速度的转速运行。其中同步型主要包括：永磁同步发电机和电励磁同步发电机；异步型主要包括:笼型异步发电机和绕线式异步发电机。1.21.2。1 1 同步发电机同步发电机风力发电中所用的同步发电机绝大部分是三相同步电机，其输出连接到邻近的三项电网或输配电线。三相电机一般比相同额定功率的单相电机体积小。效率高而且便宜,所以只有在功率小和仅有单向电网的少数情况下，才考虑采用单相发电机.（1)三相同步发电机的原理普通三相同步发
11、电机的结构原理如图 1.6 所示。在定子铁心上有若槽,槽内嵌有均匀分布的、在空间彼此相隔 120电角的三相电枢绕组。转子上装有磁极和励磁绕组，当励磁绕组同意直流电流IT后，电机内产生磁场。转子被风力机带动旋转，则磁场与定子三相绕组之间有相对运动,从而在定子三相绕组之间有相对运动，从而在定子三相绕组中感应出三个幅值相同、彼此相隔120电角度的交流电势.（2)三相同步发电机交流电势频率三相同步发电机交流电势的频率决定于电机的挤兑数 p 和转子转速 n,即=pn60每相绕组的电势有效值为0=1式中，=2f;是励磁电流产生的每极磁通；1是一个与电机极对数和每相绕组匝数有关的常数。第4页，共 65 页X
12、X 大学 XX 学院毕业设计图 1.6 三相同步发电机结构图（3)同步发电机的优点同步发电机的主要优点是可以向电网或负载提供无功功率,一台额定容量为125kVA、功率因数为 0.8 的同步发电机可以在提供 100kW 额定有功功率的同时,向电网提供+75kW 和-75kW 之间的任何无功功率值。它不仅可以并网运行，也可以单独运行,满足各种不同负载的需要。同步发电机的缺点是他的机构以及控制系统比较复杂,或本比感应发电机高。1 1。2.22.2 异步发电机异步发电机（1)异步发电机原理异步发电机也陈伟感应发电机,有鼠笼式和绕线式两种。在恒速/恒频系统中一般采用鼠笼式异步发电机,他的定子贴心和定子绕
13、组的结构与同步发电机相同。转子采用鼠笼型结构,转子铁心由硅钢片叠成,呈圆筒形,槽中嵌如金属导条，在铁心两端用铝或铜端环将导条短接。转子不需要外加励磁，没有滑环和电刷，因而其结构简单、坚固，基本上无需维护。（2）异步发电机的运行方式异步发电机可以有两种运行方式，即并网运行和单独运行。在并网运行时，异步发电机一方面向电网输出有功功率,另一方面又必须从电网吸收落后的无功功率.在单独运行时，感应发电机电压的建立需要有一个自励过程.自立条件，一个是电机本身存在一定的剩磁;另一个是在发电机的定子端与负载并联一组适第5页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计当容量的电容器，使发电机的磁化曲线与电容特性
14、曲线交于正常的运行点，产生所需的额定电压.在负载运行时，一方面由于转差值增大，感应发电机的优点维持频率 f 不变，必须相应提高转子的速度.另一方面,还需要补偿负载所需的感性电流（一般的负债大多是电感性的）以及补偿定子和转子产生漏磁通所需的感性电流。因此，由外接电容器所产生的电容性电流必须比空载时大大增加，也即需要相应地增加其电容值。上述两个要求如果不能满足，则电压、频率将难以稳定，严重时会导致电压的消失,所以必须有自动调节装置，否则负载变化时，很难避免端电压及频率的变化。（3）异步发电机与同步发电机的比较异步发电机与同步发电机的比较如表 1。2 所示。表 1。2 感应发电机与同步发电机的比较项
15、目结构异步发电机定子与同步发电机相同，转子鼠笼型，结构简单牢固由电网取得励磁电流，不需要励磁装置及励磁调节装置同步发电机转子上有励磁绕组和阻尼绕组，机构复杂需要励磁装置及励磁调节装置励磁优点尺寸及质量无励磁装置，尺寸较小，质量较轻有励磁装置，尺寸较大，质量较重并网稳定性强制并网,不需要同步装置无失步现象,运行时只需适当限制负荷定子的维护与同步电机相同，转子基本上不需要维护功率因数由输出功率决定,不能调功率因素节。由于需要电网供给励磁的无功电流，导致功率因数下降需要同步重合闸装置负债急剧变化时有可能失步除定子外，励磁绕组及励磁调节装置要要维护功率因数可以很容易地通过励磁装置调节，既可以在滞后的功
16、率因数下运行，也可以在超前的功率因数下运行由于有同步装置,并网时冲击电流小单独运行时可以很方便地调节电压维护检修缺点冲击电流电压调节及单独运行强制并网,冲击电流大，有时需要限流措施单独运行时,电压、频率调节比较困难1.31.3 变速变速/恒频发电机系统恒频发电机系统第6页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计变速/恒频系统风力机除有高的能量转换效率外，在结构上和实用中还有很多优越性能，利用电力电子装置是实现变转速运行最佳化的最好方法之一.这种发电系统主要由两部分组成,即发电机和电力电子变化装置。电力电子装置有交流/直流/交流变换器和交流/交流变化器等。下面结合发电机和电力电子变化装置介绍
17、两种连续变速的发电系统。1.31.3。1 1 同步发电机交流同步发电机交流/直流直流/交流系统交流系统变速风力发电机组的轮毂与风速相匹配。通过轮毂转速和风速的匹配，可实现风能到机械能的最佳转化。但变化的轮毂转速也会导致发电机输出频率发生变化,所以此发电机输出的电能不能直接的并入电网。因此，需要使用电力变频器或者交直-交变频器，首先将这个频率变化的交流点转化成中间直流电,然后再将直流电逆变成与电网频率一致的交流电。这种由同步发电机和交流/直流/交流变换器组成的变速/恒频发电系统的缺点是,电力电子变化器处于系统的主回路，因此容量较大，价格也较贵。1.3.21.3.2 双馈发电机系统双馈发电机系统双
18、馈发电机的结构类似于绕线型感应电机,其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源（一般采用交-交循环变流器）供给三相低频励磁电流，如图 1.7 给出的这种系统的原理框图。图 1。7 双馈发电机系统原理图当个转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场,这个磁场的旋转速度(n2)与转子的机械转速(n1)相叠加,使其等于定子的同步转速第7页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计(n1)，即nr n2=n1,从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速nr随之变化.在nr变化的同时，相应改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，以补偿电机转速
19、的变化,保持输出频率恒定不变.系统中所采用的变频器是将一种频率变化成另一种较低频率的电力变化装置。半导体开关器件采用线路换向，为了获得较好的输出电压和电流波形，输出频率一般不超过输入频率的1/3.由于电力变化装置处在发电机的转子回路（励磁回路），其容量一般不超过发电机额定功率的 30%.这种系统中的发电机可以超同步运行(转子旋转磁场方向与机械旋转方向相反，n2为负)，也可以次同步速运行（转子旋转磁场方向与机械旋转方向相反，n2为正）。在前一种情况下，则在定子想电网馈送电力的同时，需要向转子馈入部分电力.上述系统由于发电机与传统的绕线式异步发电机类似,一般具有电刷和滑环，需要一定的维护和检修。目
20、前正在研制一种新型的无刷双馈发电机,它采用双极定子和嵌套耦合的笼型转子。这种电机转子类似于鼠笼式转子，定子类型但绕组双馈异步电机的定子，有 6 个出线端，其中 3 个直接与三相电网相连，其余3 个则通过变频器与电网相连。前 3 个端子输出的电力，其频率与电网频率一样，后三个端子输入或输出的电力，其频率相当于转差频率,必须通过电力变化装置(交/交变频器）变换成与电网相同的频率和电压后再联入电网。这种发电机系统除具有普通双馈发电机系统的优点外，还有一个很大的优点就是电机结构简单可靠，由于没有电刷和滑环，基本上不需要维护.双馈发电机系统由于电力电子变化装置容量较小，很适合用于大型变速/恒频风电系统。
21、1.41.4 风电机组电气部分风电机组电气部分1 1。4.14.1 控制系统概述控制系统概述风力机的所有功能都是通过微处理器控制系统来实现的,该控制系统使用多处理器机构按时方式进行工作.它通过光纤连接到很多控制传感器上。这保证了在最高安全性下达到最大的信号传输速度，同时还能保护它不受杂散电压或雷击破坏。操作计算机确定风轮转速的设计值和叶片浆距，用于电力系统和轮毂上的变桨距机构的控制。第8页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计操作控制系统包括三个 PLC，两个位于机舱处，另一个位于塔架基础处。位于机舱处中的一个 PLC 作为主机工作，另外两个 PLC 作为从属工作。每个PLC 均有各自定
22、义的功能范围,并且分别控制 WEC 的一部分。位于机舱处作为主机操作的 PLC 主要控制 WEC 的安全链，电源变频器以及冷却系统.机舱处另一个作为从属操作的 PLC 主要控制轮毂系统的 UPS 系统。塔架基础处的 PLC 主要为用户接口.PLC 之间的通讯由 Ethernet 实现.变桨和偏航系统，以及电源变频器通过两个独立的 CAN 总线连接。机舱和塔架基础之间的通讯通过光纤连接实现，其他通讯为电镀连接。所有的智能设备均为机上或远程可编程可置位.SINOVEL 能够监控涡轮所有工作状态，并检查所有子系统的状态。所有传感器，例如，温度，速度,压力等均通过操作控制系统测量和检验.某些传感器，如
23、风向传感器直接影响 WEC。其他测量用来查看 WEC 工作状态是否稳定.1.4.21.4.2 蓄电池蓄电池由于存在风力的季节性变化，特别是风速变化的随机性，当风场风速小于最小启动风速时，主控制室和开关站面临着停电的状况，将给风力发电场带了巨大的不明危险,这时候蓄电池及时的续上电源，给风力发电场消除了未知故障使风险降低。风力发电系统中最常用的是铅酸蓄电池、其次是碱性蓄电池。犹豫铅酸蓄电池具有运行温度适中、放电电流大、可以根据电解液比重的改变检查电池的荷电状态、储存性能好及成本较低等优点.目前在蓄电池生产和使用中仍保持着领先地位。1.4.41.4.4 变频器变频器风力机使用变速发电机+变频器系统。
24、在变桨系统的共同作用下，通过变速系统，能够保证在电能产出、效率、机械压力和电能质量等方面达到最佳值。系统最大程度地避免了出现浪涌和峰值负荷，为发电机提供的运行控制装置允许在偏载时有平滑的能量输出,而功率波动最小。在额定定负载范围内,风力机能够在几乎恒定的功率下运行。风力机产生无功功率的能力也允许按照用户和电网运营商的要求进行无功功率的目标管理。第9页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计变速发电机的工作原理是根据双馈绕线式发电机加上使用 IGBT 技术的变频器的理念。无论在风轮转速如何，系统能保证按照与电网匹配的电压和频率持续发电.根据风速大小，风轮转速和功率能够自动进行调节。在低于同步
25、转速时，发电机定子向电网输送 100%的电能。此外，变频器通过发电机的滑环向转子提供转差功率。在高于同步转速时，发电机通过定子将大约83%的功率输送给电网，剩余的功率（大约 17%）由发电机转子通过变频器输送到电网.变频器使用最新的 IGBT 技术，并由微处理器控制的电力电子器件来控制，使用脉宽调制技术。由此获得接近无闪变的电能，可调节的无功功率管理低失真和最低谐波含量，提供一个新的高质量的：“风能。2 2 工程概况工程概况某风力发电场座落在海拔 1200 多米高山区，总装机容量是 3。63 万千瓦，设计安装 22 台 1.65 兆瓦的风力发电机组机，年发电量将近 6 千万度。2.12.1 电
26、力系统情况电力系统情况该市现拥有电源装机容量 2263。616MW，其中水电1467。116MW，火电796.5MW。拥有 220KV 变电所 5 座，110KV 变电所 10 座.风力发电厂所属的县目前无火力电源，现有水电装机 100MW，区内主要电源为某水电站（312MW）。2006 年统调电量约为 70MW,0。294TWh;预计到 2010 年为 92MW,0。394TWh;2015 年为 147MW，0.689TWh;2020 年为 214MW，1。039TWh.目前拥有 220kV 变电所 1 座，110 kV 公用变电站 3 座.预计到 2010 年,110 kV 电网将新建11
27、0 kV 变 2 座,扩建 110 kV 变 1 座。因此,从该县电网的整体供电趋势来看，近期县电网供电形势还将非常严峻.改变这一局面的有效办法就是在增加变电容量的同时开发新的电力资源。该风电场投产后,对改善和缓解供电压力起到积极作用。风力发电场规划装机 22 台,总容量为 3。63 万千瓦.本工程以 110KV 电压接入系统，风电场所发电能通过一回 110kv 架空输电线路接入山下 110kv 变电所。2 2。2 2 环境概况环境概况第10页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计某风力发电场座落在海拔 1200 多米高山区。当地年最高温度为 30 度，年最低温度为15 度，年平均最高温
28、度 20 度,年均降雨量 1699mm,年有霜天数 28 天，年雷暴日为 40 天.根据 2005 年实测数据统计，风电场面所在区域 10m 高处风速大于 5.84m/s,拟装轮毂高度 70m 处风速大于 6。56m/s,风功率密度接近 300W/m2。风电场主导风向和风功率密度最大方向均为 SSW,场区实测空气密度为 1.022kg/m3.第11页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计3 3 电气主接线电气主接线现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业生
29、产和人民日常生活。因此,发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。(1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电.(2）具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式,达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备.切除故障停电时间最短、影响范围最小,并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。(3)操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足
30、运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。(4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益.(5）应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快.因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择,主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。3.13.1 风电场升高电压选择风电场升高电压选择风电场单机容量采用 1650MW,出口电压 690V，每台风机配置一台箱式变电站.根据风电场装机规模及接入系统电压等级,风电场输变电系统采用二级升
31、压方式。箱变电压有两个电压等级可供选择。第12页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计箱变高压侧为 10kv：风电机出口电压 690 经箱式变电站升压至 10kv 后接入风电场升压站，经升压站主变压器二次升压至 110kv 接入系统;箱变高压侧为 35kv：风电机出口电压 690 经箱式变电站升压至 35kv 后接入风电场升压站，经升压站主变压器二次升压至 110kv 接入系统。下面对两种箱式升压站进行经济性比较如表 3。1 所示。表 3.1 电能损耗（折算为经济)比较表箱变升高电压序号1名称10kv 箱变损耗规格YBF-10/0.691800YBF-40。5/0。692345635kv
32、 箱变损耗180025。261.0132。9050。4833。328.4112。18-20。7222 台1 台10kv35kv备注22 台（万元）/年（万元）/年46.7110/10kv 主变损耗SFZ940000/110/10110/35kv 主变损耗SFZ9-40000/110/3510kv 线路损耗35kv 线路损耗合计差价10kv LGJ12035kv LGJ-120说明：1。变压器负载损耗 GB/T 6451,线路参数查手册；2。10kv 线路电流取 3 台风力发电机电流；3。35kv 线路电流取 8 台风力发电机电流；4。最大运行时间取 2200h，损耗时间取 1000h；5.电价
33、取 0。5 元/kwh。比较结论：箱变高压选择 10kv，设备投资小，年运行费用大；箱变高压选择 35kv，设备投资大，年运行费用小;经综合比较，本工程箱式变电站高压采用 35kv 电压等级。3.23.2 风机风机-箱变组合箱变组合风力发电机单机容量 1650kw，出口电压为 690v，箱变升高电压为 35kv.一机一变组合具有投资低、电能损耗少、接线简单、操作方便等特点当一台箱变或一台风机故障时不影响其他风机正常运行。第13页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计根据风电场单机容量小，数量多的特点，为减少集电线路回路数来降低投资,本工程箱变高压侧采用联合单元接线,按风机的布置及线路走向
34、划分,风电场共设两组联合单元，每 11 台一组。3.2.1 35kv3.2.1 35kv 箱变选择箱变选择（1）台数的确定：根据一台风力发电搭配一台箱式变电站的方案，供需 22台箱式变电站。（2)容量的确定:单元接线中的箱式变电站容量 SN 应按发电机额定容量扣除本机组的负荷后，预留 10的裕度选择，为SN=1.1 PNG(1-KP）/COSPNG 风力发电机容量SN-通过箱式变电站的容量KP 风力发电机组用电（KP=10%）COS-发电机的额定功率(COS=0。85)发电机的额定容量为 1650 kW，扣除机组用电后经过变压器的容量为：SN=1。1 PNG（1KP）/COS=1.650。9/
35、0。85=1.747 MVA由上计算结果选取容量为 1800KVA 的箱式变电站.根据风力发电场设计经验选择紧凑型风力发电箱式变电站-YBF40。5/0.69 空气自冷箱式变电站.该产品降低了欧式箱变的造价，解决了美式箱变保护不全，欧式箱变通风散热不良的缺点.3.33.3 升压变电站主接线设计升压变电站主接线设计3 3。3 3。1 1 升压变电站主接线设计的原则及基本要求升压变电站主接线设计的原则及基本要求(1）可靠性：供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，主接线应首先满足这个要求；断路器检修时，不宜影响对系统的供电;断路器或母线发生故障以及母线计划检修时，应尽量减少进出线停运的回路数和停匀的
36、时间，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电;尽量避免发电厂、升压站全部停运的可能性。第14页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计(2）灵活性：主接线应满足在调度运行、检修和扩建时的灵活性。（3）经济型：主接线在满足可靠性、灵活性等要求的前提下应做到经济合理.投资省；占地面积小；电能损失小。3 3。3 3。2 2 升压变电站主接线方案的确定升压变电站主接线方案的确定通过综合分析,确定 35kV 进线 2 回,出线 1 回,35kV 采用单母线接线；110kv 出线一回，110kv 采用变压器线路主接线。图 3.1 升压变电站一次部分主接线3.43.4 主变台数、容量和型式的确定主
37、变台数、容量和型式的确定3.4.13.4.1 选择变压器的一般原则选择变压器的一般原则（1)相数的确定：330KV 及以下的电力系统中，一般都选用三相变压器，因为单相变压器投资大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量,500KV及以下电力系统中主变相数的选择，更重要的是考虑负荷和系统情况，保证供电可靠性，一般选用单相变压器.（2)绕组数的确定：发电厂以升高级向用户供电,或于系统连接时，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器，按发电机的额定容量也可采用自耦变压器，一般当最大机组容量为 125MW 及以下的发电厂，多采用三绕组变压器.第15页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计（3）接线组
38、别和调压方式的确定：有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求 10KV 及以下变电站采用一级有载调压变压器.故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国 110kV及以上电压变压器绕组都采用 Y 连接；35kV 采用 Y 连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV 以下电压变压器绕组都采用连接。（4）升,降压结构的确定:分升压结构和降压结构,发电厂一般采用升压结构，即低压绕组在中间.3.43.4。2 2 台数的确定台数的确定本风力发电场总装机容量为 36.3MW，根据容量主变压器可选择两台20000KVA 或一台 40000KVA 变压器。由于本风电场
39、总装机容量不大，且 110kv侧只有一回出线;同时出于经济考虑，设置两台 20000kVA 变压器比设置一台40000kVA 变压器增加 35kV、110kV 高压设备投资约为 240 万元。因此本工程确定装设一台 40000kVA 变压器。3.5.3 容量的确定:去除本机组的厂用负荷后，留有 10的裕度。双绕组变压器SN=1.1 PNG(1-KP）/COSPNG 风力发电机容量SN 通过主变的容量KP 厂用电(KP=10%）COS 发电机的额定功率（COS=0.85)发电机的额定容量为 1650 kW,扣除机组用电后经过变压器的容量为:SN=1。1 PNG（1KP)/COS=36.30.9/
40、0。85=38.435 MVA故主变参数如表 3.2 所示：表 3。2 主变压器参数表额定型号容量（kVA)SFZ940000/11040000高压额定电压（kV）高压分接81.25低压损耗（kW）空载负载空载电流短路阻抗联结组标号(）（%）0.5811010。540.415610。5YNd11鉴于风电场的特殊环境，建议主变压器布置在户内。第16页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计3.53.5 场用变变台数确定及接线方式场用变变台数确定及接线方式发电厂在电力生产过程中,有大量电动机拖动的机械设备，用以保证主要设备和辅助设备的正常运行，这些电动机及全厂的运行操作，试验、修配、照明等用电
41、设备的总的耗量称厂用电，可见其地位重要性。3.53.5。1 1 场用变台数的确定场用变台数的确定本工程场用电设 2 台场用变压器，其中一回场变电源引自升压站 35kV 电压母线，另从当地电网引接一回 35kV 专用回路作为厂用电备用电源.3.5.23.5.2 站用变型式的选择站用变型式的选择考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。故站用变参数如表 3。3 所示：表 3.3 场用变压器参数电压组合型号高压SCB-200/1011,10.5，10SCB-200/3533,35,38.5高压分接范围低压连接组标号D,yn11D,yn11空载负载空
42、载阻抗损耗损耗电流电压0。72。61。81。03。12.24650。45%0.43 3。5 5。3 3 场用变接线方式场用变接线方式本风力发电场设计安装两台厂用电变压器。一台是用于由电网接入升压站的 10kV 备用电源的变压器，型号为 SCB-200/10;另一台是 35kV 母线上接下来的场用变压器，型号为 SCB-200/35.两台变压器之间采用备用电源自动投入装置连接，保证升压站不停电。场用变接线如图 3。2 所示.第17页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计图 3。2 场用变压器接线方式3.5.43.5.4 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置本风力发电场采用两回厂用电源进
43、线，电源容量和线路均留有备用。备用电源自动投入装置可以完成当工作电源或线路故障时,安全、迅速、可靠地将配用电源或线路投入装置（AAT）按其操作电源分为直流操作的和交流操作的两种，直流操作的 AAT 装置采用电磁式操作机构；交流操作的 AAT 装置目前广泛采用弹簧操作机构。按主电路的电压等级分为高压网络用和低压网络用，高压网络的 AAT 装置均作用于高压断路器,而低压的 AAT 装置则作用于接触器或低压短路气。按其机构分有电磁型和静态型。第18页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计（1）对被用电源自动投入装置的基本要求 工作电源的电压无论何种原因消失时,AAT 装置均应动作。必须保证工作
44、电源断开后再投入备用电源，且备用电源应有足够搞的电压时方允许备用电源自动投入动作时间尽可能的短，以利于恢复电能供应。应保证 AAT 装置只能工作一次，以免把备用电源投入到持续性故障母线上,造成高压断路器多次重复投入。电压互感器任一个熔断器软短时，AAT 装置不应误动作。也就是在熔断器熔断以后,作为 AAT 的气动元件低电压继电器应有纺织物启动的措施。备用电源容量应足够大，在选择各种设备时应考虑到 AAT 装置投入后，能满足自启动的要求，而不至于引起备用设备严重过负荷,否则应在AAT 装置动作时，自动切除一部分负荷.（2）备用电源自动投入装置配置母线断路器装设检无压自投装置.自动投入条件；识别两
45、电源进线均工作,母联短路器断开.自动投入步骤；检本侧一侧母线无压，且该侧电源进线断路器无电流，同时检本侧另一侧母线有压,则延时跳无压母线电源进线断路器，确认此断路器跳闸（并非人为手跳）后，起动自动装置，瞬时投入母联断路器。自动投入成功后，充电保护应自动退出。线路断路器装设检无压自投装置。自投条件:识别两电源进线一工作、一备用，母联断路器合入.自投步骤;检本侧（或中、低压)两母线均无压，则延时跳工作电源进线断路器，确认此断路器跳闸（并非人为手跳)后,起动自动装置，投入备用电源进线断路器。自投成功后,充电保护应自动退出。其中内桥接线起动总出口的变压器保护,保护动作闭锁 电源自动投入装置。母线保护动
46、作闭锁配用电源自动投入装置。(3）AAT 的选型根据电气工程手册相关规定，初步选定 AAT 的型号为：RCS9651CS，参数如表 3。4 所示。第19页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计3.4 AAT 参数表额定频率相序额定电流（In)线性范围连续过载能力10s 过载能力1s 过载能力50Hz，60Hz，10ABC1A20A3In30In100In5A100A3In30In100In250In 0。5 VA/相动稳定电流（半波值）250In额定电流下的功耗 0.2 VA/相4 4 短路电流的计算短路电流的计算4 4。1 1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的在电力系统和电气设备的
47、设计和运行中,短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的计算。（1)选择有足够机械稳定度和热吻定都的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的点动力稳定度；时段若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度;计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。（2)为了合理地配置各种继电保护与和自动装置并正确整定参数,必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道系统中某些节点的电压值。(3）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采用限制短路电流的措施等，都要进行必
48、要的短路电路计算。4 4。2 2 风电场短路计算难点风电场短路计算难点（1）仅从系统角度考虑，将风场等效为一个大的风电机组，忽略了风场内部机电线路的影响。但风场集电线路的电压等级低，线路长，风场的等值功率因数与单机组差别较大，因此不能忽略集电线路阻抗.第20页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计(2）有些计算考虑了风场内架空线路或电缆线路的影响，将多台风电机组的高压侧汇集，经一条线路接到主变低压侧；但未考虑各个风机之间的集电线路，与实际接线系统差别较大。由此可见，目前研究所选取的短路点大都是风场升压站的主变高压侧，面对主变低压侧及风场内各个风机之间的短路计算少有研究。4 4。2 2。1
49、 1 风电场短路计算处理思路风电场短路计算处理思路就双馈感应异步发电机而言，在短路电流计算中,本课题的处理思路为:（1)风力发电机出口到箱变低压侧的线路短路时,直接相连的风机不具备向短路点提高短路电流的能力；（2）由于双馈电机运行的稳定性，箱变高压侧到升压站 35kV 母线的集电线路及主变高低压短路时,把发电机组作为同步发电机处理.当系统侧向 0。69kV 短路点提供短路电流。根据风机厂家的要求，当0.69kV 侧发生短路故障时，为降低系统提供给故障点的短路电流.选择的变压器阻抗电压都比较大。因此风场的实际运行情况是:若风机出口 0.69kV 侧发生短路，相连的风电机组退出运行，而系统侧经过箱
50、式变压器向故障点提供短路电流。4.24.2。2 2 风电场短路点选择风电场短路点选择根据某一实际风电工程为据,选取具有代表性的几个典型短路点：d1 点110kV 母线d2 点-35kV 母线d3 点-35kv 单回集电线路末端（箱变高压侧）d4 点-0.69kV 风力发电机出口4.24.2 短路电流的计算短路电流的计算4.2.14.2.1 系统接线图系统接线图第21页，共 65 页XX 大学 XX 学院毕业设计图 4。1 系统接线图4 4。2.22.2 系统等值网络系统等值网络图 4.2 系统等值电路图（1）短路点选择：d1：110 kV 出线d2：35 kV 母线d3：1 集电线路出线（2）