第2章風電場電氣部分的構(gòu)成和主接線方式ppt課件

1、風電場電氣系統(tǒng),第2章 風電場電氣部分的構(gòu)成 和主接線方式,2.1 風電場電氣部分的構(gòu)成,2.1.1 風電場與常規(guī)電廠的區(qū)別 風力發(fā)電機組的單機容量小 風電場的電能生產(chǎn)比較分散，發(fā)電機組數(shù)目多 風電機組輸出的電壓等級低 風力發(fā)電機組的類型多樣化 風電場的功率輸出特性復雜 風電機組并網(wǎng)需要電力電子換流設備,2.1.2風電場電氣部分的構(gòu)成 總體而言，風電場的電氣部分也是由一次部分和二次部分共同組成，這一點和常規(guī)發(fā)電廠站是一樣的。 根據(jù)在電能生產(chǎn)過程中的整體功能，風電場電氣一次系統(tǒng)可以分為四個主要部分：風電機組、集電系統(tǒng)、升壓站及廠用電系統(tǒng)。 目前，風電場的主流風力發(fā)電機本身輸出電壓為690V，經(jīng)

2、過機組升壓變壓器將電壓升高到10kV或35kV,2.1.2風電場電氣部分的構(gòu)成 風電機組，除了風力機和發(fā)電機以外，還包括電力電子換流器（有時也稱為變頻器）和對應的機組升壓變壓器（有的文獻稱之為集電變壓器） 。 集電系統(tǒng)將風電機組生產(chǎn)的電能按組收集起來。分組采用位置就近原則，每組包含的風電機組數(shù)目大體相同。每一組的多臺機組輸出（經(jīng)過機組升壓變壓器升壓后）一般可由電纜線路直接并聯(lián)。 升壓變電站的主變壓器將集電系統(tǒng)匯集的電能再次升高。 廠用電包括維持風電場正常運行及安排檢修維護等生產(chǎn)用電和風電場運行維護人員在風電場內(nèi)的生活用電等，也就是風電場內(nèi)用電的部分,2.1.2風電場電氣部分的構(gòu)成 風電場電氣一

3、次系統(tǒng)示意圖如下圖所示： 其中各部分為 1風機葉輪 2傳動裝置 3發(fā)電機 4變流器 5機組升壓變壓器 6升壓站中的配電裝置 7升壓站中的升壓變壓器 8升壓站中的高壓配電裝置 9架空線路,2.2 電氣主接線及設計要求,2.2.1 電氣主接線的基本概念 1. 地理接線圖 地理接線圖就是用來描述 某個具體電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、 變電所的地理位置，電力線路 的路徑，以及他們相互的聯(lián)結(jié) 它是對該系統(tǒng)的宏觀印象， 只表示廠站級的基本組成和連接關(guān)系，無法表示電氣設備的 組成,2. 電氣主接線 在發(fā)電廠和變電所中，各種電氣設備必須被合理組織連接以實現(xiàn)電能的匯集和分配；而根據(jù)這一要求由各種電氣設備組成，并按照一定方

4、式由導體連接而成的電路被稱為電氣主接線,對于電氣主接線的描述是由電氣主接線圖來實現(xiàn)的,主接線電路圖用規(guī)定的電氣設備圖形符號和文字符號并按照工作順序排列，以單線圖的方式詳細地表示電氣設備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系 某些需要表示接線特征的設備則要表示其三相特征,3. 電源和負荷 通常認為相對于需要分析的具體電氣設備，為其提供電能的相關(guān)設備即是其電源。 在發(fā)電廠和變電站中，用于向用戶供電的線路被稱為是負荷。 配電裝置用于具體實現(xiàn)電能的匯集和分配，它是根據(jù)電氣主接線的要求，由開關(guān)電氣、母線、保護和測量設備以及必要的輔助設備和建筑物組成的整體,4. 設備工作狀態(tài) 運行中的電氣設備可分為四種狀態(tài)，

5、即運行狀態(tài)、熱備用狀態(tài)、冷備用狀態(tài)和檢修狀態(tài)。 運行狀態(tài)是指電氣設備的斷路器、隔離開關(guān)都在合閘位置； 熱備用狀態(tài)是指設備只斷開了斷路器而隔離開關(guān)仍在合閘位置； 冷備用狀態(tài)是指設備的斷路器、隔離開關(guān)都在分閘位置； 檢修狀態(tài)是指設備所有的斷路器、隔離開關(guān)已斷開，并完成了裝設地線、懸掛標示牌、設置臨時遮欄等安全技術(shù)措施,4. 設備工作狀態(tài) 送電過程中的設備工作狀態(tài)變化為： 停電過程中的設備工作狀態(tài)變化為,2.2.1.5倒閘操作 利用開關(guān)電器，遵照一定的順序，對電氣設備完成上述四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程稱為倒閘操作。 倒閘操作必須嚴格遵守基本操作原則,2.2.2 電氣主接線的設計原則 發(fā)電廠主接線設計的基本要

6、求有三點： 一、可靠性 供電可靠性是電力生產(chǎn)的基本要求，在主接線設計中可以下幾方面加以考慮： 任一斷路器檢修時，盡量不會影響其所在回路供電； 斷路器或母線故障及母線檢修時，盡量減少停運回路數(shù)和停運時間，并保證對一級負荷及全部二級負荷或大部分二級負荷的供電； 盡量減小發(fā)電廠、變電所全部停電的可能性,2.2.2 電氣主接線的設計原則 二、靈活性 發(fā)電廠主接線應該滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性： 調(diào)度時，應可以靈活地投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，靈活調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故、檢修以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求； 檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修不至影響電力

7、系統(tǒng)的運行和對用戶的供電； 擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線,2.2.2 電氣主接線的設計原則 三、經(jīng)濟性 在滿足可靠性、靈活性要求的前提下，還應盡量做到經(jīng)濟合理： 投資?。褐鹘泳€力求簡單，繼電保護和二次回路不過于復雜，采取限制短路電流的措施； 占地面積小：主接線設計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積??； 電能損失少：經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的種類、容量、數(shù)量，并盡量避免因兩次變壓而增加的電能損失,2.3 常用的電氣主接線形式,2.3.1 電氣主接線的分類 在發(fā)電廠和變電站中，配電裝置實現(xiàn)了發(fā)電機、變壓器、線路之間的電能的匯集和分配，這些設備的連接由母線和開關(guān)電器實現(xiàn)，母線和開關(guān)

8、電器的不同的組織連接也就構(gòu)成就了不同的接線形式。 主接線形式可以分為兩大類：有匯流母線和無匯流母線。 匯流母線，簡稱母線，是匯集和分配電能的設備,2.3.1 電氣主接線的分類 有匯流母線的主接線 采用有匯流母線的接線形式便于實現(xiàn)多回路的集中。 接線簡單、清晰、運行方便，有利于安裝和擴建。 配電裝置占地面積較大，使用斷路器等設備增多，因此更適用于回路較多的情況，一般進出線數(shù)目大于4回。 有匯流母線的接線形式包括：單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、帶旁路母線等,2.3.1 電氣主接線的分類 無匯流母線的主接線 無匯流母線的接線形式使用開關(guān)電器較少，占地面積小，但只適用于進出線回路少，不再擴建

9、和發(fā)展的發(fā)電廠或變電站。 無匯流母線的接線形式包括：單元接線、橋形接線、角形接線、變壓器線路單元接線等,2.3.2電氣主接線的常見形式 一、 單元接線 單元接線是最簡單的接線形式，即發(fā)電機和主變壓器組成一個單元，發(fā)電機生產(chǎn)的電能直接輸送給變壓器，經(jīng)過變壓器升壓后送給系統(tǒng),二、 橋型接線 當變配電裝置中只有兩條線路連接站內(nèi)兩臺主變時，常采用橋形接線，此時這兩回進線分別和兩條線路連接，形成了兩個線路變壓器的供電路徑，在這兩個供電路徑由橋斷路器聯(lián)絡。 根據(jù)橋斷路器相對于變壓器和線路的安裝位置，又分為內(nèi)橋接線和外橋接線,二、 橋型接線 內(nèi)橋接線 內(nèi)橋接線的橋斷路器靠近變壓器，對于變壓器的投切需要操作兩

10、臺斷路器，而對于線路的操作只需要一臺斷路器 適用于變壓器不經(jīng)常切換，而線路較長，故障概率較高，所造成的線路需要經(jīng)常操作的場合,二、 橋型接線 外橋接線 外橋接線對于變壓器的投切操作一臺斷路器，而線路則需要操作兩臺斷路器,外橋接線適用于變壓器切換 頻繁，或線路較短，故障概 率小的場合,三、 單母線 單母線以一條母線作為配電裝置中的電能匯集節(jié)點，是有母線接線形式中最簡單的接線形式,優(yōu)點是：接線簡單清晰、設備少、操作簡單、便于擴建和采用成套配電裝置 缺點：單母線的可靠性較低 單母線接線適用于電源數(shù)目較少、容量較小的場合： (1) 610kV配電裝置的出線回路不超過5回。 (2) 3563kV配電裝置

11、的出線回路數(shù)不超過3回。 (3) 110220kV配電裝置的出線回路不超過2回,四、 單母線分段 當配電裝置中有多個電源（發(fā)電機或變壓器）存在的時候，可以將單母線根據(jù)電源的數(shù)目進行分段，這也就單母線分段形式,兩臺主變作為電源分別給兩段母線供電，兩段母線之間由分段斷路器聯(lián)系，兩段母線可以由分段斷路器的閉合而并列運行，也可以由分段斷路器斷開而分列運行 分段的數(shù)目由電源數(shù)量和容量決定,四、 單母線分段 單母線分段的優(yōu)點： 重要用戶可以從兩段母線上引出兩個回路，由不同的電源供電（母線）。 當一段母線發(fā)生故障的或需要檢修的時候，分段斷路器可以斷開，保證另一段母線的正常運行。 缺點：當一段母線故障的時候，

12、其所連接的回路依然需要停電；同時重要負荷采用雙回線時，常使架空線交叉跨越；在擴建的時候需要向兩個方向均衡擴建 單母線分段的適用范圍如下： (1) 610kV配電裝置出線回路數(shù)為6回及以上。 (2) 3566kV配電裝置出線回路數(shù)為48回。 (3) 110220配電裝置出線回路數(shù)為34回,五、 雙母線 雙母線接線方式通過設置兩條獨立的母線，每條母線都可以和配電裝置中的任意回路相連接，從而使得當一條母線故障或檢修時，所有的回路可以運行于另一條母線,每個回路通過一個斷路器和兩個隔離開關(guān)和兩條母線相連，母線之間通過母線聯(lián)絡斷路器（母聯(lián)）連接,五、 雙母線 雙母線接線的優(yōu)點： 供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方

13、便、便于試驗 缺點：投資增加、增加了誤操作可能 適用范圍：雙母線接線適用于回路數(shù)或母線上電源較多、輸送和穿越功率大、母線故障后要求迅速恢復供電、母線或母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求的情況下采用。具體條件如下： （1）610kV配電裝置，當短路電流較大的時候，出線需要加裝電抗器時。 （2）3563kV配電裝置，當出線回路數(shù)超過8回時；或連接電源較多，負荷較大時。 （3）110220kV配電裝置出線回路數(shù)在5回及以上時；或在系統(tǒng)中具有重要地位，出線回路數(shù)為4回及以上,六、 雙母線分段 當220kV進出線回路甚多時，為了減少母線故障時候的停電范圍，需要對雙

14、母線進行分段 提高了供電可靠性和靈活性， 但是其增加了斷路器的投資,六、 雙母線分段 分段的原則如下： （1）當進出線回路數(shù)為1014回時，在一組母線上用斷路器分段。 （2）當進出線回路數(shù)為15回及以上時，兩組母線都分段。 （3）為限制220kV母線短路電流或系統(tǒng)解列運行的要求，可根據(jù)需要將母線分段,2.4 風電場電氣主接線設計,2.4.1 風電機組的電氣接線 風電機組，除了風力機和發(fā)電機以外，還包括電力電子換流器（有時也稱為變頻器）和對應的機組升壓變壓器。 目前，風電場的主流風力發(fā)電機本身輸出電壓為690V，經(jīng)過機組升壓變壓器將電壓升高到10kV或35kV。 一般可把電力電子換流器和風力發(fā)電

15、機看作一個整體，這樣風電機組的接線大都采用單元接線 一般情況下，多采用一機一變，即一臺風電機組配備一臺變壓器,2.4.2 集電環(huán)節(jié)及其接線 集電系統(tǒng)將風電機組生產(chǎn)的電能按組收集起來 一般每一組38臺風電機組的集電變壓器集中放在一個箱式變電所中 每一組的多臺風電機組輸出，一般可在箱式變電所中各集電變壓器的高壓側(cè)由電力電纜直接并聯(lián) 風電場集電環(huán)節(jié)的 接線多為單母線分 段接線,2.4.3 升壓變電站的主接線 升壓變電站的主變壓器將集電系統(tǒng)匯集的電能再次升高。 達到一定規(guī)模的風電場一般可將電壓升高到110kV或220kV接入電力系統(tǒng)。對于規(guī)模更大的風電場，例如百萬千瓦級的特大型風電場，還可能需要進一步升高到500kV或更高。 風電場升壓站的主接線多為單母線或單母線分段接線，取決于風電機組的分組數(shù)目。對于規(guī)模