風(fēng)電場電氣主接線設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1、摘 要 風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源發(fā)電方式,已越來越受到世界各國的歡迎，與此同時(shí)，風(fēng)電場設(shè)計(jì)也備受重視。雖然風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)電廠設(shè)計(jì)的原理相同,但傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法并不一定適合風(fēng)電場設(shè)計(jì)。所以有必要進(jìn)行專門針對風(fēng)電場電氣主接線設(shè)計(jì)的研究。風(fēng)電場的電氣設(shè)計(jì)主要包含幾個(gè)方面：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升壓方式、風(fēng)電場集電線路選擇、風(fēng)機(jī)（風(fēng)電機(jī)組）分組及連接方式?，F(xiàn)國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出線電壓多為690V，多采用升至35kV方案。風(fēng)電場集電線路方案一般采用架空線或電纜敷設(shè)方式。架空線的成本較低,但可靠性較低,電纜的成本高,可靠性也高；集電線路結(jié)構(gòu)有4種常用方案，鏈形結(jié)構(gòu)；單邊環(huán)形結(jié)構(gòu)；雙邊環(huán)形結(jié)構(gòu)；復(fù)合環(huán)形結(jié)

2、構(gòu)。鏈形結(jié)構(gòu)簡單，成本不高。環(huán)形設(shè)計(jì)成本較高，但其可靠性較高。風(fēng)力發(fā)電機(jī)分組多為靠風(fēng)機(jī)的排布位置、及結(jié)合現(xiàn)場施工的便捷性制定。作者主要針對風(fēng)電場電氣主接線進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,通過對風(fēng)機(jī)的分組和連接方式、風(fēng)電場集電線路方案、風(fēng)電場短路電流計(jì)算及設(shè)備選取等的問題進(jìn)行深入的計(jì)算與討論，提出一些關(guān)于風(fēng)機(jī)分組連接、集電線路設(shè)計(jì)的可行方案。并通過現(xiàn)有風(fēng)電場的數(shù)據(jù)，對方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的比較，確定最終方案并對其進(jìn)行優(yōu)化。為今后的風(fēng)電場設(shè)計(jì)提供一些經(jīng)驗(yàn)和參考意見, 便于今后找出一套適用于風(fēng)電場電氣主接線設(shè)計(jì)的方法。關(guān)鍵詞：風(fēng)電場,電氣設(shè)計(jì), 集電系統(tǒng),優(yōu)化ABSTRACTBy the wind power a

3、s one kind of clean renewable energy source the electricity generation way, the design of wind farm has been popular and been paid attention to with the world. Although the electrical design of wind farm and the traditional design technology at the electrical principle is the same, but sometimes the

4、 methods are not suitable in fact. So specifically for the electrical design of wind farm has come into being.The electrical design of wind farm mainly includes several aspects: wind turbine generators, wind energy booster way of electrical collector system, WGTSs group and connection. Now the WGTSs

5、 voltage qualifies for 690V, and much taking the voltage to 35kV. Wind farm electrical collector system generally uses the bus or cable. The cost of bus is relatively lower, but reliability is low, cable is high costs and high reliability; The electrical collector system has four common solutions, s

6、tring clustering; Unilateral redundancy clustering; Bilateral redundancy clustering; Composite redundancy clustering. String clustering is simple structure, cost is not high. With redundancy design cost is higher, but it has high reliability. For more on WTGS group and combining lay on its location

7、and the convenient of building. We will discuss about the main points of the wind farm electrical design and optimized. It will get some design which is about the grouping and connection and the connection lines that can be used, by calculating and discussing, include the grouping and connection of

8、the WTGS, the connection lines, the wind farm electrical short-circuit current computation , the equipment selection and so on. We will compare different schemes from the economic and technical aspects based on exciting wind farm data, then optimizing and being sure these plans. These conclusions an

9、d viewpoints can be references for the future wind farm design, and be easy finding out a set of way to be suitable the electrical design of wind farm. KEY WORDS: Wind farm, electrical design, electrical collector system, optimization目 錄摘 要 ABSTRACT第1章 緒論31.1研究背景 31.2研究意義41.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.4本文主要內(nèi)容5第2章 風(fēng)場

10、介紹及主要設(shè)備選型62.1風(fēng)電場基本資料 62.2電氣主接線設(shè)計(jì) 62.3主要設(shè)備選型 8風(fēng)電機(jī)組的選型8風(fēng)機(jī)箱變的選型8選型9第3章 風(fēng)電場接線方案比選113.1概述 113.2集電線路方案比選1111特點(diǎn)11 3.2.1.2經(jīng)濟(jì)比較12133.3風(fēng)機(jī)分組和連接方案的比選 13 方案描述13 方案比較1313.2經(jīng)濟(jì)比較21213.4本章小結(jié) 22第4章 短路電流計(jì)算及其它電氣設(shè)備的選取234.1計(jì)算說明 234.2系統(tǒng)等效簡化圖 234.3短路電流的計(jì)算 24 4.3.1各元件的標(biāo)幺值24 4.3.2 各短路點(diǎn)的短路電流計(jì)算244.4其它電氣設(shè)備的選取 26 斷路器的選取2628 電壓互感

11、器的選取28284.5本章小結(jié) 30第5章 方案優(yōu)化315.1概述 315.2風(fēng)機(jī)分組的優(yōu)化 313134345.3線路優(yōu)化 35的選擇353538385.4本章小結(jié) 39結(jié) 論 40參考文獻(xiàn)41附 錄 42致 謝 45第1章 緒論1.1 研究背景風(fēng)能是一種無污染的、儲量豐富的可再生能源。隨著全球環(huán)保問題的日益突出,傳統(tǒng)化石能源供應(yīng)的日趨緊張,風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源的發(fā)電方式, 也是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟和最具規(guī)模開發(fā)條件的發(fā)電方式之一，已越來越受到世界各國的歡迎和重視。在過去的5年間，風(fēng)電發(fā)展不斷超越其預(yù)期的發(fā)展速度，而且一直保持著世界增長最快能源的地位。2005年以來，全球風(fēng)電累

12、計(jì)裝機(jī)容量年平均增長率為27.3%，新增裝機(jī)容量年平均增長率為36.1。根據(jù)丹麥BTM咨詢公司報(bào)告，2009年全球有超過3810.3萬kW的新增裝機(jī)容量并入電網(wǎng)，營業(yè)總額達(dá)到500億歐元。截至2009年底，全世界風(fēng)電累積裝機(jī)總?cè)萘考s為1.6億kW，同比上年增長31%.目前，風(fēng)電的年發(fā)電量約3400億kWh，風(fēng)力發(fā)電量已經(jīng)占到世界總發(fā)電量的2% 以上。在累計(jì)裝機(jī)容量上，歐洲仍然是風(fēng)力發(fā)電市場的領(lǐng)導(dǎo)者，截至2009年底，其累積裝機(jī)總?cè)萘繛?655.3萬kW，占全世界風(fēng)電總裝機(jī)的 47.9%，提前超額完成了到2010年風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到4000萬kW的目標(biāo)。但是，在2009年新增裝機(jī)容量方面，歐洲只占

13、28.2%，北美洲達(dá)到 39.3%，亞洲達(dá)到30%0，歐洲已經(jīng)失去其領(lǐng)先的地位了。目前，德國、西班牙和意大利三國的風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量約占到歐洲總量的65%。近年來，在歐洲大力發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的國家還有法國、英國、葡萄牙、丹麥、荷蘭、奧地利、瑞典、愛爾蘭。歐洲之外，發(fā)展風(fēng)電的主要國家有美國、中國、印度、加拿大和日本。迄今為止，世界上已有82個(gè)國家在積極開發(fā)和應(yīng)用風(fēng)能資源。風(fēng)電在未來20年內(nèi)將是世界上發(fā)展最快的能源。隨著我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)優(yōu)惠和激勵政策的相繼出臺以及2006年1月1日可再生能源法的頒布實(shí)施，風(fēng)力發(fā)電得到了飛躍發(fā)展。截至2009年底全國風(fēng)電裝機(jī)容量已超過2500萬千瓦，連續(xù)三年增長率超過100

14、%，2010年中國新增風(fēng)電裝機(jī)容量18927.99兆瓦，累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量44733.29兆瓦，雙居全球第一位。但我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展只是近幾年的事情,且相應(yīng)的風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)也是在近幾年才真正發(fā)展起來,因此還不成熟。與傳統(tǒng)的電場設(shè)計(jì)相比, 風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)并沒有完全統(tǒng)一詳細(xì)的規(guī)程規(guī)范,僅有一部風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（征求意見稿）作為參考。雖然風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的電場設(shè)計(jì),在電氣原理上是相同的,但是實(shí)際工程設(shè)計(jì)的時(shí)候又有所不同。風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)有很多設(shè)計(jì)方法由于沒有經(jīng)驗(yàn)可參照,都是按照傳統(tǒng)電場設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì),且由于風(fēng)電場與傳統(tǒng)電場的區(qū)別,這些設(shè)計(jì)方法并不一定適合。在這種情況下，風(fēng)電場設(shè)計(jì)的

15、工作量卻還在快速增長當(dāng)中。因此很多設(shè)計(jì)單位的風(fēng)電場設(shè)計(jì)工程的數(shù)量都在增加，有些設(shè)計(jì)院甚至專門設(shè)立了新能源設(shè)計(jì)部門，專門負(fù)責(zé)風(fēng)電的設(shè)計(jì)。很多之前沒有接觸過風(fēng)電的設(shè)計(jì)人員，都加入到風(fēng)電設(shè)計(jì)的隊(duì)伍中8。因此，也造成了各地風(fēng)電場的電氣主接線設(shè)計(jì)良莠不齊，無規(guī)可循。1.2 研究意義風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)方面水平的提高和發(fā)展，對于風(fēng)電事業(yè)建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展有著重大的意義，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）風(fēng)電場的選址、風(fēng)機(jī)安裝點(diǎn)的選址主要是從風(fēng)資源的角度去考慮，而關(guān)于風(fēng)電場內(nèi)的電氣接線方案、風(fēng)機(jī)布置方案的研究可為其提供參考因素；（2）為風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選型提供參考；（3）現(xiàn)已設(shè)計(jì)的許多風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)分組、接線方式都采

16、用了比較直觀的方案，但缺乏經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面的綜合考慮和比較。風(fēng)機(jī)分組、接線的討論為今后的設(shè)計(jì)提供多種參考方案，有利于設(shè)計(jì)時(shí)擇優(yōu)選取。且風(fēng)電大規(guī)模、迅速的建設(shè)，要求風(fēng)電場的設(shè)計(jì)盡快成型，從而減少工程建設(shè)進(jìn)度與設(shè)計(jì)進(jìn)度的矛盾，加快風(fēng)電場建設(shè)的速度，提高工程建設(shè)和管理的效率。從而再在這一基礎(chǔ)上,對一些以往的風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)方案加以優(yōu)化,從而加快風(fēng)電這一行業(yè)的發(fā)展。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀風(fēng)電場電氣主接線的設(shè)計(jì)主要分以下幾個(gè)方面：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升壓方式、風(fēng)電場集電線路選擇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)分組及連接方式、風(fēng)電場無功補(bǔ)償及等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升壓：現(xiàn)國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出線電壓多為690V，若直接匯總并接入風(fēng)電場的總升

17、壓站，則電能損耗過大，且導(dǎo)體的截面過大，無法滿足現(xiàn)場的安裝要求，因此，須將電壓升高至35kV或10kV才能接入總升壓站。但從年運(yùn)行費(fèi)用上比較，在經(jīng)濟(jì)輸送容量的范圍內(nèi)，35kV方案線損較小，且維護(hù)工作較少。因此，現(xiàn)國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升壓多采用35kV方案3。國外也有實(shí)驗(yàn)將風(fēng)機(jī)直接升壓至110KV，不經(jīng)過整個(gè)電廠的主變整合而電網(wǎng)相連接。但是這樣的結(jié)果卻是會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的頻繁離并網(wǎng)，最終，使得風(fēng)機(jī)的總發(fā)電量降低，電品質(zhì)下降，風(fēng)電上網(wǎng)困難16。風(fēng)電場接線集電線路結(jié)構(gòu)共有5種常用方案，鏈形結(jié)構(gòu)；單邊環(huán)形結(jié)構(gòu)；雙邊環(huán)形結(jié)構(gòu)；復(fù)合環(huán)形結(jié)構(gòu)；星形結(jié)構(gòu)15。鏈形是已建風(fēng)電場中用的最多的一種連接方法，結(jié)構(gòu)簡單，成本不

18、高，其基本思想是將一定數(shù)目的風(fēng)力發(fā)電機(jī)（包括其附帶升壓變壓器）連接在一條電纜之上。主要問題是每條鏈上的風(fēng)機(jī)數(shù)目受到地理位置、電纜長度、電纜容量等參數(shù)限制。環(huán)形設(shè)計(jì)比鏈形需要的電纜規(guī)格更高、長度更長，因此成本較高，但因其能實(shí)現(xiàn)一定程度的冗余，可靠性較高。其中，單邊環(huán)形結(jié)構(gòu)是將鏈形中每串尾部的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過電纜接回匯流母線；雙邊環(huán)形結(jié)構(gòu)是將鏈形中兩相鄰串的尾部風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連；復(fù)合環(huán)形結(jié)構(gòu)是將單邊和雙邊兩種環(huán)形相結(jié)合并改進(jìn)的一種結(jié)構(gòu)8。風(fēng)電場集電線路選擇方面，集電線路方式一般采用架空線或電纜敷設(shè)這兩種。由于風(fēng)電場年利用小時(shí)數(shù)較低，檢修線路對發(fā)電量造成的損失較小，在考慮建設(shè)成本、施工難度、運(yùn)行成本等諸

19、多因素后，大多風(fēng)電場集電線路均選用架空閑時(shí)接線方案鏈形結(jié)構(gòu)。但介于我國的相關(guān)規(guī)定及現(xiàn)狀，現(xiàn)多采用電纜敷設(shè)方案。風(fēng)力發(fā)電機(jī)分組多為靠風(fēng)機(jī)的排布位置、及結(jié)合現(xiàn)場施工的便捷性制定。大多數(shù)情況下，要盡量使風(fēng)機(jī)均勻的分部到各個(gè)集電之路上，以免造成風(fēng)場運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于各條支路電量不均而造成的沖擊14。合理的進(jìn)行風(fēng)機(jī)分組可以使風(fēng)電場電纜或架空線等導(dǎo)體投資盡量節(jié)省，使主接線方案優(yōu)化。風(fēng)電場無功補(bǔ)償：在目前已經(jīng)建成和在建的風(fēng)電工程中，35kV母線無功補(bǔ)償方式主要有，固定投切電容器組補(bǔ)償方式及降壓式動態(tài)無功補(bǔ)償方式。在工程造價(jià)允許的前提下大多優(yōu)先選用靜止無功補(bǔ)償裝置方式2。1.4 本文主要內(nèi)容本文在通過對某一風(fēng)電場電氣

20、方面的設(shè)計(jì)及其所面臨的困難、研究意義等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對風(fēng)電場電氣設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要部分進(jìn)行了討論和研究，其中主要包括以下部分內(nèi)容：（1）確定風(fēng)場，所布置的機(jī)型，主接線形式及主變；（2）討論了風(fēng)電場集電線路的方案，并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行比較；（3）討論了風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的分組和連接方案，并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行比較；（4）進(jìn)行了短路電流的計(jì)算, 用以選擇和校驗(yàn)所選電氣設(shè)備的相關(guān)參數(shù)；（5）提出可行的優(yōu)化方案并與原方案從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行比較。第2章 風(fēng)電場介紹及主要設(shè)備選型2.1 風(fēng)電場基本資料申華協(xié)合貢寶拉格風(fēng)力發(fā)電場位于內(nèi)蒙古太仆寺旗正南方向17公里處，中心位置為北緯41°47654、東經(jīng)115&#

21、176;16110，海拔高度1470-1557米，年平均風(fēng)速7.6m/s。風(fēng)電場處于中溫帶，屬亞干旱大陸氣候，冬季漫長而寒冷，夏天涼爽而短促?，F(xiàn)設(shè)計(jì)風(fēng)電場使用1.5MW雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組33臺，總裝機(jī)容量49.5MW，風(fēng)電場集電采用35KV線路，分布在大約30平方公里的丘陵上，33臺風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)分五個(gè)集電回路，線路總長約28公里。風(fēng)電廠有110KW升壓站一座，主變壓器為容量63000KVA,電能輸出采用110KV架空線路。電能由風(fēng)電場升壓站經(jīng)太仆寺旗包場變電站往明安圖中心變電所送出。 2.2 電氣主接線設(shè)計(jì)介于風(fēng)電場的容量較少,且配有一個(gè)主變的情況,宜選用單母線接線方式.此方式有著接線簡單清晰

22、,設(shè)備少,操作簡單和便于擴(kuò)建的優(yōu)點(diǎn),適用于此電場的主接線設(shè)計(jì)方式.電廠的主接線圖如下:圖2-1. 主接線圖2.3 主要設(shè)備選型風(fēng)電機(jī)組的選型現(xiàn)選擇由中國南車集團(tuán)出產(chǎn)的YFF06型1.5MW風(fēng)冷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī),具體數(shù)據(jù)如下: 風(fēng)機(jī)箱變的選型風(fēng)機(jī)出口電壓為690V,所以需要為風(fēng)機(jī)提供一變壓器以達(dá)到集電線路的額定電壓,具體數(shù)據(jù)如下:表1. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)箱變參數(shù)型號S11-M-1500/35容量1500kVA電壓35000v/690v產(chǎn)品代號OHT.710.923頻率50Hz相數(shù)三相聯(lián)結(jié)組標(biāo)號Dyn11冷卻方式ONAN使用條件戶外絕緣水平L1200A95/AC5短路阻抗6.26%器身重2270Kg出廠序

23、號BY0909023標(biāo)準(zhǔn)代號GB1094.12-1996、GB1094.3-2003GB1904.5-2003、GB/T6451-2008 分接位置高壓電壓V3858837669367503583134912電流A15.7低壓電壓V690電流A836.742.3.3主變壓器的選型風(fēng)電場的 具體數(shù)據(jù)如下:表2. 風(fēng)電場主變壓器參數(shù)型號SFZ10-63000/110相數(shù)3相頻率50.00HZ戶外使用額定容量63000kVA額定電壓110/35kV冷卻方式ONAN/ONAF (70%/100%)聯(lián)結(jié)組標(biāo)號YNyn0產(chǎn)品代號1TB.714.0058.1出廠序號A20098T22-1出廠日期2009.0

24、8變壓器油牌號DB-45標(biāo)準(zhǔn)序號GB1094器身重43.6 t上節(jié)油箱重5.6 t油重21.6 t運(yùn)輸重68.9 t總重83.2 t絕緣水平h.v.線路端子 LI/AC 480/200 KVh.v.中性點(diǎn)端子 LI/AC 325/140 KVI.v.線路端子 LI/AC 200/85 KVI.v.中性點(diǎn)端子 LI/AC 200/85 KV空載電流空載損耗負(fù)載損耗0.124%40.7KW237.0KW短路阻抗%最高電壓分接額定電壓分接最低電壓分接10.6310.1810.02第3章 風(fēng)電場接線方案比選3.1 概述此次設(shè)計(jì)的模擬風(fēng)電場的容量較小，但由于風(fēng)電的特殊性，風(fēng)電場接入電網(wǎng)對系統(tǒng)的影響也不可

25、小覷。因此在這些風(fēng)電場，風(fēng)力發(fā)電升壓系統(tǒng)要求具有高度的可靠性，風(fēng)電場不可隨意接入電網(wǎng)或與電網(wǎng)斷開連接，機(jī)組無論在起動、正常運(yùn)行或事故停機(jī)時(shí)，都應(yīng)盡量縮小影響范圍，以確保其它機(jī)組的正常運(yùn)行。該風(fēng)場為內(nèi)陸風(fēng)電場,屬于丘陵地帶，風(fēng)機(jī)多部于矮山之上.不同于沿海風(fēng)電場風(fēng)場的風(fēng)機(jī)沿海岸線狹長的布置方式，風(fēng)機(jī)的布置十分分散，大部分風(fēng)機(jī)距風(fēng)電場升壓站較遠(yuǎn)，有的甚至達(dá)到幾公里.而風(fēng)電場風(fēng)機(jī)臺數(shù)較多、布置分散的特點(diǎn)，決定了風(fēng)電場集電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊性，即需根據(jù)風(fēng)電場的裝機(jī)規(guī)模確定采用一級升壓或經(jīng)過兩級升壓，風(fēng)電場需設(shè)置集電線路，風(fēng)機(jī)的分組和布置也有多種方案。3.2 集電線路方案比選3.2.1方案描述及比較風(fēng)電場的風(fēng)

26、機(jī)至中心升壓站之間的集電線路有電纜和架空線兩種方案可供選擇,下面將從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面對這兩種方案進(jìn)行比較。.1 技術(shù)特點(diǎn)架空線:（1）由于采用架空線,導(dǎo)線裸露在空氣中,受周圍環(huán)境影響較大,可靠性較低；（2）架空線對地電容較小,發(fā)生單相接地故障時(shí),電容電流較小,并且發(fā)生單相接地故障通常以瞬時(shí)故障為主,因此可以采用中性點(diǎn)不接地或采用消弧線圈接地方式,以減少機(jī)組無為跳閘的可能性；（3）架空線相同截面導(dǎo)線載流量比電纜大得多,如此次設(shè)計(jì)采用架空線則導(dǎo)線截面積可以選的較小。但是在一些地區(qū)如沿海風(fēng)電場由于海風(fēng)較大,采用架空線方案時(shí)對鐵塔的要求較高,造價(jià)也增加較大,可靠性也有所下降.還有在一些地區(qū)牽涉到視覺

27、觀賞性等,也必須采用電纜。電纜:（1） 電纜由于埋設(shè)在地下,不受周圍環(huán)境影響,可靠性較高；（2） 電纜對地電容較大,發(fā)生單相接地故障時(shí),電容電流較大,并且發(fā)生單線接地故障通常以永久故障為主,因此不可以采用中性點(diǎn)不接地方式,只能采用消弧線圈接地或電阻接地方式,無形中降低了可靠性；（3） 電纜相同截面導(dǎo)線載流量比架空線小得多,如本設(shè)計(jì)采用電纜則導(dǎo)線截面積要大一些,且需選擇三根電纜.2 經(jīng)濟(jì)比較(1).導(dǎo)線的選擇線路正常工作電流:由于最大負(fù)荷年利用小時(shí)少于2000h,J=1.76(架空線)(1.27,電纜),故,架空線選擇導(dǎo)線為35KV LGJ-120型,查得允許電流為380A,正常允許的最高溫度為

28、90,r=0.263 /km,x=0.200 /km；電纜選擇為35KV YJLV22-3*50型, 查得允許電流為271A,正常允許的最高溫度為60,r=0.641 /km,x=0.12 /km?，F(xiàn)計(jì)算得到架空線載流修正系數(shù):滿足長期發(fā)熱要求現(xiàn)計(jì)算得到電纜載流修正系數(shù):現(xiàn)采用電纜直埋的敷設(shè)方式,電纜的載流量修正系數(shù),因土壤熱阻系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值,故修正系數(shù)滿足長期發(fā)熱要求價(jià)格方面:（1）35KV架空線28Km(導(dǎo)線為35KV LGJ-120),約30萬元/Km,總造價(jià)約為840萬元；（2）35KV電纜28Km(型號為35KV YJLV22-3*50),約90萬元/Km,總造價(jià)約為2520萬元；由此

29、可見,電纜方案遠(yuǎn)比架空線方案價(jià)格要高3.2.2 結(jié)論（1）架空線方案經(jīng)濟(jì)上優(yōu)越得多,技術(shù)上也可以達(dá)到要求,且鑒于此次地形所限,所以作為推薦方案；（2）電纜方案需要較大投資,但在一些設(shè)計(jì)中則優(yōu)先考慮此方案,如:沿海風(fēng)場,海上風(fēng)場及風(fēng)力影響較大的地區(qū)。3.3 風(fēng)機(jī)分組和連接方案的比選根據(jù)該風(fēng)電場的現(xiàn)場情況及平均分組的原則,現(xiàn)將風(fēng)機(jī)分為5組。3組為7臺，另兩組為6臺。3.3.1方案描述風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)排列各異,有陣列布置,也有線性布置,合理選擇風(fēng)機(jī)分組和風(fēng)機(jī)連接型式,可以使風(fēng)電場電纜或架空線等導(dǎo)體投資盡量節(jié)省,是主接線方案優(yōu)化。風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)分組及連接方式影視情況而定。從陸上風(fēng)電場和海上風(fēng)電場的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來

30、看，連接方式基本上有鏈形(放射形)、星形和環(huán)形三種.又因星形的造價(jià)過高,故此處不予考慮。1)放射形布局如圖 (a)所示,將若干風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接在同一條輸電線路上,整個(gè)風(fēng)電場的電能通過若條輸電線路輸送到匯流母線上, 輸電線路的額定功率須大于所連接風(fēng)機(jī)的最大功率。該布局的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、投資成本較低;缺點(diǎn)是可靠性不高,如果輸電線路的某處發(fā)生故障,那么整條輸電線路都將被迫切除,與其相連的所有風(fēng)機(jī)都將停運(yùn)。圖3-1(a)放射形布局2)單邊環(huán)形布局如圖 (b)所示,在放射形布局的基礎(chǔ)上,通過一條冗余的輸電線路將線路末端的風(fēng)機(jī)連回到匯流母線上。如果輸電線路某處發(fā)生故障,可以通過加裝在其上的開關(guān)設(shè)備切除,保證

31、風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。該布局的優(yōu)點(diǎn)是可提高內(nèi)部電氣系統(tǒng)的可靠性;缺點(diǎn)是操作比較復(fù)雜,投資成本較高。圖3-1(b)單邊環(huán)形布局3)雙邊環(huán)形布局如圖 (c)所示,在放射形布局的基礎(chǔ)上經(jīng)一條冗余的輸電線路將兩條相鄰線路末端的風(fēng)機(jī)相連。因輸電線路連接的風(fēng)機(jī)數(shù)量加倍,故其額定功率也需要加倍。該布局的優(yōu)缺點(diǎn)與單邊環(huán)形布局基本相同。圖3-1(c)雙邊環(huán)形布局4)復(fù)合環(huán)形布局如圖 (d)所示,將單邊環(huán)形與雙邊環(huán)形進(jìn)行結(jié)合,將相鄰幾條輸電線路末端的風(fēng)機(jī)互連,然后經(jīng)一條冗余的線路將末端的風(fēng)機(jī)連回到匯流母線上。該布局相比單邊環(huán)形可以減少冗余線路的數(shù)量,相比雙邊環(huán)形可以降低其額定容量。圖3-1(d)復(fù)合環(huán)形布局5)多邊環(huán)形布

32、局由以上幾種布局可以看到,環(huán)形布局提高可靠性的途徑有提供冗余和增加互連2個(gè)。本文根據(jù)這一原則提出多邊環(huán)形布局,如圖 (e)所示。該布局將所有輸電線路末端的風(fēng)機(jī)用線路連在一起,以增加風(fēng)機(jī)互連。該布局要求輸電線路的額定容量比放射形布局中線路的額定容量稍大,以滿足某一輸電線路故障處下游風(fēng)機(jī)通過其余輸電線路輸送電能。該布局與復(fù)合環(huán)形相比不需要冗余線路,但是所需線路的額定容量稍大。圖3-1(e)多邊環(huán)形布局3.3.2方案比較3.3.2.1 技術(shù)比較變壓器銘牌參數(shù):,變壓器計(jì)算參數(shù): 圖3-1.等效電路線路計(jì)算采用等效簡化法,具體方法見附錄A.現(xiàn)比較兩種方案的有,無功損耗及電壓偏差值:（1）線路參數(shù)(鏈?zhǔn)?/p>

33、): 由于線路長度小于100Km,故不計(jì)線路電納的影響。圖3-2.等效電路因此已知:當(dāng)該段線路布置為7臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為當(dāng)該段線路布置為6臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為線路總損耗為:線路末端的輸出功率為: 線路側(cè)電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側(cè)電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓器電壓壓降(不計(jì)):所以,變壓器高壓側(cè)電壓為：（2）線路參數(shù)(單邊環(huán)): 圖3-2.等效電路因此已知:當(dāng)該段線路布置為7臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為當(dāng)該段線路布置為6臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為線路總損耗為:線路末端的輸出功率需為: 線路側(cè)電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側(cè)電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓

34、器電壓分壓降(不計(jì)):所以,變壓器高壓側(cè)電壓為：通過計(jì)算得出:表3鏈?zhǔn)絾芜叚h(huán)有功損耗0.590MVA0.252MVA無功損耗0.451MVA0.173MVA電壓偏差0.442KV0.166KV3.3.2.2經(jīng)濟(jì)比較表4鏈?zhǔn)絾芜叚h(huán)線路長度(km*30)28*3056*30斷路器(個(gè)*萬元）5*3010*30電流互感器(個(gè)*萬元）5*1010*10總價(jià)（萬元）10402080可見，單邊環(huán)的線路長度為鏈?zhǔn)降膬杀?斷路器和電流互感器也比鏈?zhǔn)礁鞫喑隽宋鍌€(gè),投資成本較大.大約多支出1040萬元。3.3.3結(jié)論（1）鏈形結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本低，但是有功損耗、電壓偏差較大；（2）單邊環(huán)形結(jié)構(gòu)的有功損耗、電壓偏差小，

35、但是建設(shè)成本過高；鑒于此風(fēng)電場容量較小,如對有功損耗、電壓偏差沒有過大的要求應(yīng)選擇較便宜的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)方案。3.4 本章小結(jié)本章主要?dú)w納了風(fēng)電場的接線方案。在風(fēng)場內(nèi)部，風(fēng)機(jī)需要各自經(jīng)過一次升壓，然后進(jìn)行分組連接，各組風(fēng)機(jī)經(jīng)過若干條集電線路接入中心升壓站，在中心升壓站經(jīng)過二次升壓后接入電網(wǎng)。文章首先對集電線路的電纜、架空方案等方面從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行了比較.然后還對風(fēng)機(jī)的鏈形、單邊環(huán)形、雙邊環(huán)形、復(fù)合環(huán)形等分組連接方式進(jìn)行了介紹，并著重比較了鏈?zhǔn)胶蛦芜叚h(huán)時(shí)形技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的差別，總結(jié)出了較為優(yōu)越的方案，為該風(fēng)電場的設(shè)計(jì)提供了參考和依據(jù)。第4章 短路電流計(jì)算及其它電氣設(shè)備的選取4.1 計(jì)算說明本計(jì)算為該風(fēng)

36、電場初步設(shè)計(jì)階段電氣主接線短路電流計(jì)算，用以選擇和校驗(yàn)所選電氣設(shè)備的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定的強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù).鑒于以上方案的選擇,本計(jì)算只限于鏈?zhǔn)郊芸站€方案的數(shù)據(jù)。4.2 系統(tǒng)等效簡化圖圖4-1短路電流計(jì)算簡化圖4.3 短路電流的計(jì)算4.3.1各設(shè)備的標(biāo)幺值相關(guān)設(shè)備的初始值已在前章出現(xiàn),此處省略。基準(zhǔn)容量：Sj=100MVA；基準(zhǔn)電壓：取各級的平均電壓，額定電壓；系統(tǒng)：按無窮大考慮1.風(fēng)電機(jī)1的電抗標(biāo)幺值(包括箱變): ,2.線路的電抗標(biāo)幺值:3.所以7臺風(fēng)電機(jī)的線路的總標(biāo)幺值（見附錄B）:4.所以6臺風(fēng)電機(jī)的線路的總標(biāo)幺值:5.變壓器的電抗標(biāo)幺值:4.3.2各短路點(diǎn)的短路電流計(jì)算現(xiàn)選擇A,B,C這三個(gè)

37、短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流計(jì)算.A點(diǎn)的短路電流計(jì)算:(由0.153查曲線) 系統(tǒng)供給(由變壓器決定): , ,總的短路電流和沖擊短路電流: B點(diǎn)的短路電流計(jì)算:系統(tǒng)供給(由變壓器決定): , ,總的短路電流和沖擊短路電流: C點(diǎn)的短路電流計(jì)算:換算后(見附錄C):(由0.283查曲線) (由0.309查曲線) 總的短路電流和沖擊短路電流: 4.4 其它電氣設(shè)備的選取基于以上各點(diǎn)的短路電流的計(jì)算,選取各點(diǎn)的一次設(shè)備。A處:根據(jù)UN=35KV,I=0,172KA及室外布置要求,初選為SW2-35/600型斷路器,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:UN=35KV,IN=600A,額定開斷電流為Ibr=6.6KA,動穩(wěn)定電流

38、imax=17KA,熱穩(wěn)定電流(及時(shí)間)It=6.6KA(4S),固有分閘時(shí)間tg=0.06s,燃弧時(shí)間th=0.12s。1. 校驗(yàn)開斷能力:因 t1=0.12s>0.1s所以 IKT=I,k=1.905KA<6.6KA滿足要求2. 校驗(yàn)動穩(wěn)定:ISH=5.119KA<17KA滿足要求3. 校驗(yàn)熱穩(wěn)定:tk=3.18s>1s故不計(jì)周期分量的影響。I1.59=1.356KA I3.18=1.310KA =6.289KA2.S<6.62 *4=174.24 KA2.S滿足要求以上計(jì)算表明,所選斷路器可滿足要求。B處:根據(jù)UN=35KV,I=0,816KA及室內(nèi)布置要求

39、,初選為ZN72-40.5/1600型斷路器,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:UN=40.5KV,IN=1250A,額定開斷電流為Ibr=31.5KA,動穩(wěn)定電流imax=80KA,熱穩(wěn)定電流(及時(shí)間)It=31.5KA(4S),固有分閘時(shí)間tg=0.07s,燃弧時(shí)間th=0.14s。1.校驗(yàn)開斷能力:因 t1=0.14s>0.1s所以 IKT=I,k=4.369KA<31.5KA滿足要求2.校驗(yàn)動穩(wěn)定:ISH=11.740KA<80KA滿足要求3.校驗(yàn)熱穩(wěn)定:tk=3.16s>1s故不計(jì)周期分量的影響。I1.58=2.324KA I3.16=1.476KA =19823KA2.S&

40、lt;31.52 *4=3969 KA2.S滿足要求以上計(jì)算表明,所選斷路器可滿足要求。C處:根據(jù)UN=110KV,I=0,260KA及室外布置要求,初選為LW30-126/3150型斷路器,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:UN=126KV,IN=3150A,額定開斷電流為Ibr=31.5KA,動穩(wěn)定電流imax=80KA,熱穩(wěn)定電流(及時(shí)間)It=31.5KA(4S),固有分閘時(shí)間tg=0.033s,燃弧時(shí)間th=0.066s。1.校驗(yàn)開斷能力:因 t1=0.066s<0.1s所以 IKT=ishk=3.159KA<31.5KA滿足要求2.校驗(yàn)動穩(wěn)定:ISH=8.265KA<80KA滿足

41、要求3.校驗(yàn)熱穩(wěn)定:tk=3.123s>1s故不計(jì)周期分量的影響.I1.5615=1.862KA I3.123=1.663KA =12.486KA2.S<31.52 *4=3969 KA2.S滿足要求以上計(jì)算表明,所選斷路器可滿足要求。A處:手車式斷路器不需配備隔離開關(guān)。B處:根據(jù)UN=35KV,I=0,816KA及室內(nèi)布置要求,選為GN2-35T/1000型隔離開關(guān)可滿足要求,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:imax=70KA,I2tt=27.52 *5。C處:根據(jù)UN=110KV,I=0,260KA及室內(nèi)布置要求,選為GW13-126/630型隔離開關(guān)可滿足要求,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:imax=

42、55KA,I2tt=202 *4。4.4.3電壓互感器的選擇根據(jù)UN=35KV,I=0,816KA要求,選為JDZJ-35型電壓互感器可滿足要求,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:一次線圈為 KV,二次側(cè)為 KV,輔助線圈為0.1/3KV,最大容量為1000VA。4.4.4電流互感器的選擇A處:根據(jù)UN=35KV,I=0,172KA及室外布置要求,初選為LCW-35型電流互感器,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:UN=35KV,IN/iN=200A/5A。1. 校驗(yàn)熱穩(wěn)定:滿足要求2. 校驗(yàn)動穩(wěn)定:滿足要求以上計(jì)算表明,所選電流互感器可滿足要求。B處:根據(jù)UN=35KV,I=0,816KA及室內(nèi)布置要求,初選為LDJ-35型

43、電流互感器,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:UN=35KV, IN/iN =900A/5A。1. 校驗(yàn)熱穩(wěn)定:滿足要求2. 校驗(yàn)動穩(wěn)定:滿足要求以上計(jì)算表明,所選電流互感器可滿足要求。C處:根據(jù)UN=110KV,I=0,260KA及室外布置要求,初選為LCWD-110型電流互感器,其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為:UN=110KV, IN/iN =2*150A/5A。1. 校驗(yàn)熱穩(wěn)定:滿足要求2. 校驗(yàn)動穩(wěn)定:滿足要求以上計(jì)算表明,所選電流互感器可滿足要求。4.5 本章小結(jié)本章主要計(jì)算了風(fēng)電場中若干關(guān)鍵點(diǎn)的短路沖擊電流,并選擇且校驗(yàn)了相應(yīng)的設(shè)備。在發(fā)電廠中，短路沖擊電流形成的原因很多,種類也有所不同,但對設(shè)備及電網(wǎng)所造成的

44、危害卻是極大的。因此對短路電流的計(jì)算在發(fā)電場的設(shè)計(jì)出期就變得十分重要,由此而產(chǎn)生的關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)備選擇及校驗(yàn)也需重視。 第5章 方案優(yōu)化5.1 概述此次模擬風(fēng)電場的初步設(shè)計(jì)已完成，但其中還有較多需優(yōu)化的部分。在基本滿足風(fēng)電場的可靠性的前提下,盡量降低成本是此優(yōu)化方案的重點(diǎn)。此方案將從風(fēng)機(jī)分組及導(dǎo)線的選擇兩方面來考慮,以便找到更優(yōu)化的方案來完成設(shè)計(jì)。5.2 風(fēng)機(jī)分組的優(yōu)化根據(jù)設(shè)計(jì)分析,在現(xiàn)有設(shè)備滿足條件的情況下可將該風(fēng)電場的分組從5組改變?yōu)?組.現(xiàn)就對新分組后的方案與原方案進(jìn)行對比。5.2.1 技術(shù)比較變壓器銘牌參數(shù)不變:,變壓器計(jì)算參數(shù): 圖5-1.等效電路線路計(jì)算采用等效簡化法,具體方法見附錄A

45、。（1）線路參數(shù): 由于線路長度小于100Km,故不計(jì)線路電納的影響.圖5-2等效電路:因此已知:當(dāng)該段線路布置為8臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為：當(dāng)該段線路布置為9臺風(fēng)機(jī)時(shí)(l=7.2) 線路損耗為：線路總損耗為:線路初端的輸入功率需為: 線路側(cè)電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側(cè)電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓器電壓壓降(不計(jì)):所以,變壓器高壓側(cè)電壓為：.通過計(jì)算得出:表5優(yōu)化前優(yōu)化后有功損耗0.590MVA0.876MVA無功損耗0.451MVA0.664MVA電壓偏差0.442KV0.730KV5.2.2 經(jīng)濟(jì)比較表6優(yōu)化前優(yōu)化后線路長度(km*萬元)28*3026.5*3

46、0斷路器(個(gè)*萬元)5*304*30電流互感器(個(gè)*萬元)5*104*10總價(jià)（萬元）1040955優(yōu)化后的線路長度較之前減少了一些,斷路器和電流互感器也減少了各一個(gè),投資成本大約少支出85萬元。5.2.3結(jié)論優(yōu)化后雖然在經(jīng)濟(jì)方面有所節(jié)省,但在技術(shù)方面的損耗過大,且由于每條線路的風(fēng)機(jī)增加,從而使得線路的可靠性下降.所以不推薦此方案。5.3 線路優(yōu)化5.3.1線路的選擇在之前線路的選擇中,原方案是就最大載荷量線路的載流量所選擇的導(dǎo)線截面積,而風(fēng)電場的線路并不是都處在最大載荷量的載荷下,在較少的風(fēng)電機(jī)的線路上選擇較為細(xì)的LGJ-95形導(dǎo)線即可滿足載荷需求.且在最大載荷量線路上也可以只在該線路的最后

47、段線路處選用較粗的LGJ-120形導(dǎo)線,以減少投入. 現(xiàn)就對新選擇的線路方案與原方案進(jìn)行對比。首先為線路導(dǎo)線選擇的校驗(yàn):線路正常工作電流:由于最大負(fù)荷年利用小時(shí)少于2000h,J=1.76(架空線)(1.27,電纜),故,架空線選擇導(dǎo)線為35KV LGJ-95型,查得允許電流為317A,正常允許的最高溫度為90,r=0.332 /km,x=0.200 /km;現(xiàn)計(jì)算得到架空線載流修正系數(shù):5.3.2 技術(shù)比較變壓器銘牌參數(shù)不變:,變壓器計(jì)算參數(shù): 圖5-1.等效電路線路計(jì)算采用等效簡化法,具體方法見附錄A。（1）線路參數(shù): 由于線路長度小于100Km,故不計(jì)線路電納的影響。圖5-3等效電路:因

48、此已知:當(dāng)該段線路布置為7臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為：當(dāng)該段線路布置為6臺風(fēng)機(jī)時(shí)線路損耗為：線路總損耗為:線路初端的輸入功率需為: 線路側(cè)電壓分布:變壓器內(nèi)的功率損耗為:由于變壓器側(cè)電納影響： 變壓器的損耗為:總輸出電量為:變壓器電壓壓降(不計(jì)):所以,變壓器高壓側(cè)電壓為：.通過計(jì)算得出:表7優(yōu)化前優(yōu)化后有功損耗0.590MVA0.732MVA無功損耗0.451MVA0.451MVA電壓偏差0.442KV0.541KV5.3.3 經(jīng)濟(jì)比較1,35KV架空線28Km(導(dǎo)線為35KV LGJ-120),約30萬元/Km,總造價(jià)約為840萬元；2,35KV架空28Km (型號為35KV LGJ-95占25.

49、6km LGJ-120占2.4km),約25萬元/Km(LGJ-95),總造價(jià)約為712萬元；其它設(shè)備不變;由此可見,新方案要比舊方案價(jià)格低128萬元。5.3.4 結(jié)論新方案的成本較低，但是有功損耗、電壓偏差較大。鑒于此風(fēng)電場容量較小,如對有功損耗、電壓偏差沒有過大的要求應(yīng)選擇較便宜的新方案為好。5.4 本章小結(jié)本章主要敘述了基于原方案的一些改進(jìn)優(yōu)化方案,并與原方案加以比較以確定其是否適用。第一個(gè)優(yōu)化方案雖然在經(jīng)濟(jì)方面有所改善,但在可靠性上卻大打折扣,故不予推薦.第二個(gè)優(yōu)化方案是基于風(fēng)電場電源多且分布廣的特點(diǎn),對輸電線路加以改善的成果,事實(shí)證明這是成功且可行的.因此該風(fēng)電場的設(shè)計(jì)又多出了一個(gè)可

50、行的參考方案以供選擇。結(jié)論本文主要結(jié)論如下：（1）風(fēng)電場集電線路方案從經(jīng)濟(jì)上考慮宜選取架空線方案，但在某些風(fēng)電場，特別是沿海地區(qū)，環(huán)境條件比較惡劣，采用架空線比采用埋地電纜方案的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢不明顯，但在此次的設(shè)計(jì)中鑒于其地形及經(jīng)濟(jì)考慮,架空線成為首選的方案；（2）在風(fēng)力發(fā)電場的多種分組連接方式中，鏈形結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本最低，但是有無功損耗、電壓偏差是最大的；單邊環(huán)形結(jié)構(gòu)的有無功損耗、電壓偏差是最小的，但是建設(shè)成本最高。但鑒于此風(fēng)電場容量較小,對電網(wǎng)影響較小。如對有無功損耗、電壓偏差沒有過大的要求應(yīng)選擇較便宜的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)方案；（3）在最后提出了方案優(yōu)化，并與原方案作了比較。其中：第一個(gè)優(yōu)化方案雖然在經(jīng)濟(jì)方面有所改善,但在可靠性上卻大打折扣，且有無功損耗和電壓偏差過大。第二個(gè)優(yōu)化方案是基于風(fēng)電場電源多且分布廣的特點(diǎn),對輸電線路加以改善的成果,雖然在損耗上有所增加，但經(jīng)濟(jì)改善很好。因此如對有無功損耗、電壓偏差沒有過大的要求的情況下應(yīng)選擇成本較低的第二個(gè)優(yōu)化方案?？傊?/p>