1、風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成和主接線方式第2章 風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成和主接線方式 教學(xué)目的 掌握風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的特點(diǎn)和根本構(gòu)成， 了解電氣主接線的根本概念和設(shè)計(jì)原那么， 了解各種電氣主接線方式的特點(diǎn)并掌握分析方法， 了解和掌握風(fēng)電場(chǎng)電氣主接線設(shè)計(jì)的根本思想和根據(jù)。關(guān)注的問(wèn)題 風(fēng)電場(chǎng)與常規(guī)電廠的區(qū)別是什么？其電氣部分的構(gòu)成有哪些？ 電氣主接線的概念和相關(guān)術(shù)語(yǔ)有哪些？其設(shè)計(jì)原那么又是什么？ 常見(jiàn)的電氣主接線方式有哪些？ 風(fēng)電場(chǎng)電氣主接線應(yīng)如何進(jìn)展設(shè)計(jì)？.2.1 風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成2.1.1 風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)的電能消費(fèi)比較分散，發(fā)電機(jī)組數(shù)目多風(fēng)電機(jī)組輸出的

2、電壓等級(jí)低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型多樣化風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出特性復(fù)雜風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)需求電力電子換流設(shè)備. 2.1.2風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成 總體而言，風(fēng)電場(chǎng)的電氣部分也是由一次部分和二次部分共同組成，這一點(diǎn)和常規(guī)發(fā)電廠站是一樣的。 根據(jù)在電能消費(fèi)過(guò)程中的整體功能，風(fēng)電場(chǎng)電氣一次系統(tǒng)可以分為四個(gè)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(chǎng)的主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身輸出電壓為690V，經(jīng) 過(guò)機(jī)組升壓變壓器將電壓升高到10kV或35kV。 . 2.1.2風(fēng)電場(chǎng)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(shí)也稱為變頻器和對(duì)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

3、系統(tǒng)將風(fēng)電機(jī)組消費(fèi)的電能按組搜集起來(lái)。分組采用位置就近原那么，每組包含的風(fēng)電機(jī)組數(shù)目大體一樣。每一組的多臺(tái)機(jī)組輸出經(jīng)過(guò)機(jī)組升壓變壓器升壓后普通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)聚集的電能再次升高。 廠用電包括維持風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)及安排檢修維護(hù)等消費(fèi)用電和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)人員在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的生活用電等，也就是風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)用電的部分。.2.1.2風(fēng)電場(chǎng)電氣部分的構(gòu)成風(fēng)電場(chǎng)電氣一次系統(tǒng)表示圖如以下圖所示：其中各部分為1風(fēng)機(jī)葉輪2傳動(dòng)安裝3發(fā)電機(jī)4變流器5機(jī)組升壓變壓6升壓站中的配電安裝7升壓站中的升壓變壓器8升壓站中的高壓配電安裝9架空線路123457689.2.2 電氣主接線及設(shè)計(jì)要求 2

4、.2.1 電氣主接線的根本概念 2.2.1.1 地理接線圖 地理接線圖就是用來(lái)描畫(huà) 某個(gè)詳細(xì)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、 變電所的地理位置，電力線路 的途徑，以及他們相互的結(jié)合 它是對(duì)該系統(tǒng)的宏觀印象， 只表示廠站級(jí)的根本組成和銜接關(guān)系，無(wú)法表示電氣設(shè)備的 組成火電廠風(fēng)電場(chǎng)變電站. 2.2.1.2 電氣主接線 在發(fā)電廠和變電所中，各種電氣設(shè)備必需被合理組織銜接以實(shí)現(xiàn)電能的聚集和分配；而根據(jù)這一要求由各種電氣設(shè)備組成，并按照一定方式由導(dǎo)體銜接而成的電路被稱為電氣主接線。 對(duì)于電氣主接線的描畫(huà)是由電氣主接線圖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主接線電路圖用規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號(hào)和文字符號(hào)并按照任務(wù)順序陳列，以單線圖的方式詳細(xì)地表示

5、電氣設(shè)備或成套安裝的全部根本組成和銜接關(guān)系某些需求表示接線特征的設(shè)備那么要表示其三相特征. 2.2.1.3 電源和負(fù)荷 通常以為相對(duì)于需求分析的詳細(xì)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。 配電安裝用于詳細(xì)實(shí)現(xiàn)電能的聚集和分配，它是根據(jù)電氣主接線的要求，由開(kāi)關(guān)電氣、母線、維護(hù)和丈量設(shè)備以及必要的輔助設(shè)備和建筑物組成的整體。. 2.2.1.4設(shè)備任務(wù)形狀 運(yùn)轉(zhuǎn)中的電氣設(shè)備可分為四種形狀，即運(yùn)轉(zhuǎn)形狀、熱備用形狀、冷備用形狀和檢修形狀。 運(yùn)轉(zhuǎn)形狀是指電氣設(shè)備的斷路器、隔分開(kāi)關(guān)都在合閘位置； 熱備用形狀是指設(shè)備只斷開(kāi)了斷路器而隔分開(kāi)關(guān)仍在合閘

6、位置； 冷備用形狀是指設(shè)備的斷路器、隔分開(kāi)關(guān)都在分閘位置； 檢修形狀是指設(shè)備一切的斷路器、隔分開(kāi)關(guān)已斷開(kāi)，并完成了裝設(shè)地線、懸掛標(biāo)示牌、設(shè)置暫時(shí)遮欄等平安技術(shù)措施。. 2.2.1.4設(shè)備任務(wù)形狀 送電過(guò)程中的設(shè)備任務(wù)形狀變化為： 停電過(guò)程中的設(shè)備任務(wù)形狀變化為：. 2.2.1.5倒閘操作 利用開(kāi)關(guān)電器，遵照一定的順序，對(duì)電氣設(shè)備完成上述四種形狀的轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為倒閘操作。 倒閘操作必需嚴(yán)厲遵守根本操作原那么. 2.2.2 電氣主接線的設(shè)計(jì)原那么 發(fā)電廠主接線設(shè)計(jì)的根本要求有三點(diǎn)： 一、可靠性 供電可靠性是電力消費(fèi)的根本要求，在主接線設(shè)計(jì)中可以下幾方面加以思索： 任一斷路器檢修時(shí)，盡量不會(huì)影響其所在

7、回路供電； 斷路器或母線缺點(diǎn)及母線檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷及全部二級(jí)負(fù)荷或大部分二級(jí)負(fù)荷的供電； 盡量減小發(fā)電廠、變電所全部停電的能夠性。. 2.2.2 電氣主接線的設(shè)計(jì)原那么 二、靈敏性 發(fā)電廠主接線應(yīng)該滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈敏性： 調(diào)度時(shí)，應(yīng)可以靈敏地投入和切除發(fā)電機(jī)、變壓器和線路，靈敏調(diào)配電源和負(fù)荷，滿足系統(tǒng)在事故、檢修以及特殊運(yùn)轉(zhuǎn)方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求； 檢修時(shí)，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電維護(hù)設(shè)備，進(jìn)展平安檢修不至影響電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)和對(duì)用戶的供電； 擴(kuò)建時(shí)，可以容易地從初期接線過(guò)渡到最終接線。. 2.2.2 電氣主接線的設(shè)計(jì)原那么 三、經(jīng)濟(jì)性

8、在滿足可靠性、靈敏性要求的前提下，還應(yīng)盡量做到經(jīng)濟(jì)合理： 投資?。褐鹘泳€力求簡(jiǎn)單，繼電維護(hù)和二次回路不過(guò)于復(fù)雜，采取限制短路電流的措施； 占地面積?。褐鹘泳€設(shè)計(jì)要為配電安裝布置發(fā)明條件，盡量使占地面積??； 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，并盡量防止因兩次變壓而添加的電能損失。.2.3 常用的電氣主接線方式 2.3.1 電氣主接線的分類 在發(fā)電廠和變電站中，配電安裝實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)、變壓器、線路之間的電能的聚集和分配，這些設(shè)備的銜接由母線和開(kāi)關(guān)電器實(shí)現(xiàn)，母線和開(kāi)關(guān)電器的不同的組織銜接也就構(gòu)成就了不同的接線方式。 主接線方式可以分為兩大類：有匯流母線和無(wú)匯流母線。 匯流母線，簡(jiǎn)稱

9、母線，是聚集和分配電能的設(shè)備。. 2.3.1 電氣主接線的分類 有匯流母線 采用有匯流母線的接線方式便于實(shí)現(xiàn)多回路的集中。 接線簡(jiǎn)單、明晰、運(yùn)轉(zhuǎn)方便，有利于安裝和擴(kuò)建。 配電安裝占地面積較大，運(yùn)用斷路器等設(shè)備增多，因此更適用于回路較多的情況，普通進(jìn)出線數(shù)目大于4回。 有匯流母線的接線方式包括：?jiǎn)文妇€、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(wú)匯流母線 無(wú)匯流母線的接線方式運(yùn)用開(kāi)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)建和開(kāi)展的發(fā)電廠或變電站。 無(wú)匯流母線的接線方式包括：?jiǎn)卧泳€、橋形接線、角形接線、變壓器線路單元接線等。. 2.3.2電氣主

10、接線的常見(jiàn)方式 2.3.2.1 單元接線 單元接線是最簡(jiǎn)單的接線方式，即發(fā)電機(jī)和主變壓器組成一個(gè)單元，發(fā)電機(jī)消費(fèi)的電能直接保送給變壓器，經(jīng)過(guò)變壓器升壓后送給系統(tǒng)。. 2.3.2.2橋型接線 當(dāng)變配電安裝中只需兩條線路銜接站內(nèi)兩臺(tái)主變時(shí)，常采用橋形接線，此時(shí)這兩回進(jìn)線分別和兩條線路銜接，構(gòu)成了兩個(gè)線路變壓器的供電途徑，在這兩個(gè)供電途徑由橋斷路器聯(lián)絡(luò)。 根據(jù)橋斷路器相對(duì)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. 2.3.2.2橋型接線 內(nèi)橋接線 內(nèi)橋接線的橋斷路器接近變壓器，對(duì)于變壓器的投切需求操作兩臺(tái)斷路器，而對(duì)于線路的操作只需求一臺(tái)斷路器 適用于變壓器不經(jīng)常切換，而線路較長(zhǎng)，缺點(diǎn)概率

11、較高，所呵斥的線路需求經(jīng)常操作的場(chǎng)所. 2.3.2.2橋型接線 外橋接線 外橋接線對(duì)于變壓器的投切操作一臺(tái)斷路器，而線路那么需求操作兩臺(tái)斷路器 外橋接線適用于變壓器切換 頻繁，或線路較短，缺點(diǎn)概 率小的場(chǎng)所. 2.3.2.3 單母線 單母線以一條母線作為配電安裝中的電能聚集節(jié)點(diǎn)，是有母線接線方式中最簡(jiǎn)單的接線方式優(yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單明晰、設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單、便于擴(kuò)建和采用成套配電安裝缺陷：?jiǎn)文妇€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(chǎng)所：(1) 610kV配電安裝的出線回路不超越5回。(2) 3563kV配電安裝的出線回路數(shù)不超越3回。(3) 110220kV配電安裝的出線回路不超越2

12、回。. 2.3.2.4 單母線分段 當(dāng)配電安裝中有多個(gè)電源發(fā)電機(jī)或變壓器存在的時(shí)候，可以將單母線根據(jù)電源的數(shù)目進(jìn)展分段，這也就單母線分段方式兩臺(tái)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)絡(luò)，兩段母線可以由分段斷路器的閉合而并列運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以由分段斷路器斷開(kāi)而分列運(yùn)轉(zhuǎn)分段的數(shù)目由電源數(shù)量和容量決議. 2.3.2.4 單母線分段 單母線分段的優(yōu)點(diǎn)： 重要用戶可以從兩段母線上引出兩個(gè)回路，由不同的電源供電母線。 當(dāng)一段母線發(fā)生缺點(diǎn)的或需求檢修的時(shí)候，分段斷路器可以斷開(kāi)，保證另一段母線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 缺陷：當(dāng)一段母線缺點(diǎn)的時(shí)候，其所銜接的回路依然需求停電；同時(shí)重要負(fù)荷采用雙回線時(shí)，在擴(kuò)建的

13、時(shí)候需求向兩個(gè)方向平衡擴(kuò)建 單母線分段的適用范圍如下： (1) 610kV配電安裝出線回路數(shù)為6回及以上。 (2) 3566kV配電安裝出線回路數(shù)為48回。 (3) 110220配電安裝出線回路數(shù)為34回. 2.3.2.4 雙母線 雙母線接線方式經(jīng)過(guò)設(shè)置兩條獨(dú)立的母線，每條母線都可以和配電安裝中的恣意回路相銜接，從而使得當(dāng)一條母線缺點(diǎn)或檢修時(shí)，一切的回路可以運(yùn)轉(zhuǎn)于另一條母線每個(gè)回路經(jīng)過(guò)一個(gè)斷路器和兩個(gè)隔分開(kāi)關(guān)和兩條母線相連，母線之間經(jīng)過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器母聯(lián)銜接. 2.3.2.4 雙母線 雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)： 供電可靠、調(diào)度靈敏、擴(kuò)建方便、便于實(shí)驗(yàn) 缺陷：投資添加、添加了誤操作能夠 適用范圍：雙母線

14、接線適用于回路數(shù)或母線上電源較多、保送和穿越功率大、母線缺點(diǎn)后要求迅速恢復(fù)供電、母線或母線設(shè)備檢修時(shí)不允許影響對(duì)用戶的供電，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度對(duì)接線的靈敏性有一定要求的情況下采用。詳細(xì)條件如下： 1610kV配電安裝，當(dāng)短路電流較大的時(shí)候，出線需求加裝電抗器時(shí)。 23563kV配電安裝，當(dāng)出線回路數(shù)超越8回時(shí)；或銜接電源較多，負(fù)荷較大時(shí)。 3110220kV配電安裝出線回路數(shù)在5回及以上時(shí)；或在系統(tǒng)中具有重要位置，出線回路數(shù)為4回及以上。. 2.3.2.5雙母線分段 當(dāng)220kV進(jìn)出線回路甚多時(shí)，為了減少母線缺點(diǎn)時(shí)候的停電范圍，需求對(duì)雙母線進(jìn)展分段 提高了供電可靠性和靈敏性， 但是其添加了斷路器的投

15、資. 2.3.2.5雙母線分段 分段的原那么如下： 1當(dāng)進(jìn)出線回路數(shù)為1014回時(shí)，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(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)的要求，可根據(jù)需求將母線分段。. 2.4 風(fēng)電場(chǎng)電氣主接線設(shè)計(jì) 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(shí)也稱為變頻器和對(duì)應(yīng)的機(jī)組升壓變壓器。 目前，風(fēng)電場(chǎng)的主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身輸出電壓為690V，經(jīng)過(guò)機(jī)組升壓變壓器將電壓升高到10kV或35kV。 普通可把電力電子換流器和風(fēng)力發(fā)電機(jī)看作一個(gè)整體，這樣風(fēng)電機(jī)組的接線大都采用單元接線 普通情況下，

16、多采用一機(jī)一變，即一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組配備一臺(tái)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)組消費(fèi)的電能按組搜集起來(lái) 普通每一組38臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的集電變壓器集中放在一個(gè)箱式變電所中 每一組的多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輸出，普通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(chǎng)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)聚集的電能再次升高。 到達(dá)一定規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)普通可將電壓升高到110kV或220kV接入電力系統(tǒng)。對(duì)于規(guī)模更大的風(fēng)電場(chǎng)，例如百萬(wàn)千瓦級(jí)的特大型風(fēng)電場(chǎng)，還能夠需求進(jìn)一步升高到500kV或更高。 風(fēng)電場(chǎng)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