第2章風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成和主接線方式ppt課件

1、風(fēng)電場電氣系統(tǒng),第2章 風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成 和主接線方式,2.1 風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成,2.1.1 風(fēng)電場與常規(guī)電廠的區(qū)別 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量小 風(fēng)電場的電能生產(chǎn)比較分散，發(fā)電機(jī)組數(shù)目多 風(fēng)電機(jī)組輸出的電壓等級低 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型多樣化 風(fēng)電場的功率輸出特性復(fù)雜 風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)需要電力電子換流設(shè)備,2.1.2風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成 總體而言，風(fēng)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(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)可以分為四個主要部分：風(fēng)電機(jī)組、集電系統(tǒng)、升壓站及廠用電系統(tǒng)。 目前，風(fēng)電場的主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身輸出電壓為690V，經(jīng)

2、過機(jī)組升壓變壓器將電壓升高到10kV或35kV,2.1.2風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成 風(fēng)電機(jī)組，除了風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)以外，還包括電力電子換流器（有時也稱為變頻器）和對應(yīng)的機(jī)組升壓變壓器（有的文獻(xiàn)稱之為集電變壓器） 。 集電系統(tǒng)將風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組數(shù)目大體相同。每一組的多臺機(jī)組輸出（經(jīng)過機(jī)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(fēng)電場正常運行及安排檢修維護(hù)等生產(chǎn)用電和風(fēng)電場運行維護(hù)人員在風(fēng)電場內(nèi)的生活用電等，也就是風(fēng)電場內(nèi)用電的部分,2.1.2風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成 風(fēng)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(fēng)機(jī)葉輪 2傳動裝置 3發(fā)電機(jī) 4變流器 5機(jī)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備組成，并按照一定方

4、式由導(dǎo)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(shè)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(xì)地表示電氣設(shè)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(shè)備則要表示其三相特征,3. 電源和負(fù)荷 通常認(rèn)為相對于需要分析的具體電氣設(shè)備，為其提供電能的相關(guān)設(shè)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(fù)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(hù)和測量設(shè)備以及必要的輔助設(shè)備和建筑物組成的整體,4. 設(shè)備工作狀態(tài) 運行中的電氣設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備的斷路器、隔離開關(guān)都在分閘位置； 檢修狀態(tài)是指設(shè)備所有的斷路器、隔離開關(guān)已斷開，并完成了裝設(shè)地線、懸掛標(biāo)示牌、設(shè)置臨時遮欄等安全技術(shù)措施,4. 設(shè)備工作狀態(tài) 送電過程中的設(shè)備工作狀態(tài)變化為： 停電過程中的設(shè)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(shè)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(yán)格遵守基本操作原則,2.2.2 電氣主接線的設(shè)計原則 發(fā)電廠主接線設(shè)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(shè)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(fù)荷及全部二級負(fù)荷或大部分二級負(fù)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(shè)計原則 二、靈活性 發(fā)電廠主接線應(yīng)該滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時的靈活性： 調(diào)度時，應(yīng)可以靈活地投入和切除發(fā)電機(jī)、變壓器和線路，靈活調(diào)配電源和負(fù)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(hù)設(shè)備，進(jìn)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(kuò)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(shè)計原則 三、經(jīng)濟(jì)性 在滿足可靠性、靈活性要求的前提下，還應(yīng)盡量做到經(jīng)濟(jì)合理： 投資省：主接線力求簡單，繼電保護(hù)和二次回路不過于復(fù)雜，采取限制短路電流的措施； 占地面積小：主接線設(shè)計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積小； 電能損失少：經(jīng)濟(jì)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(jī)、變壓器、線路之間的電能的匯集和分配，這些設(shè)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(shè)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(kuò)建。 配電裝置占地面積較大，使用斷路器等設(shè)備增多，因此更適用于回路較多的情況，一般進(jìn)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(jìn)出線回路少，不再擴(kuò)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(jī)和主變壓器組成一個單元，發(fā)電機(jī)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(dāng)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(jìn)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(luò)。 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(shè)備少、操作簡單、便于擴(kuò)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(dāng)配電裝置中有多個電源（發(fā)電機(jī)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(fù)荷采用雙回線時，常使架空線交叉跨越；在擴(kuò)建的時候需要向兩個方向均衡擴(kuò)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(shè)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(dāng)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(luò)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(kuò)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(fù)供電、母線或母線設(shè)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(dāng)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(dāng)出線回路數(shù)超過8回時；或連接電源較多，負(fù)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(dāng)220kV進(jìn)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(jìn)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(dāng)進(jìn)出線回路數(shù)為1014回時，在一組母線上用斷路器分段。 （2）當(dāng)進(jìn)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(fēng)電場電氣主接線設(shè)計,2.4.1 風(fēng)電機(jī)組的電氣接線 風(fēng)電機(jī)組，除了風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)以外，還包括電力電子換流器（有時也稱為變頻器）和對應(yīng)的機(jī)組升壓變壓器。 目前，風(fēng)電場的主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身輸出電壓為690V，經(jīng)過機(jī)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(fēng)力發(fā)電

15、機(jī)看作一個整體，這樣風(fēng)電機(jī)組的接線大都采用單元接線 一般情況下，多采用一機(jī)一變，即一臺風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)的電能按組收集起來 一般每一組38臺風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)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(fēng)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(dá)到一定規(guī)模的風(fēng)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(fēng)電場，例如百萬千瓦級的特大型風(fēng)電場，還可能需要進(jìn)一步升高到500kV或更高。 風(fēng)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(fēng)電機(jī)組的分組數(shù)目。對于規(guī)模