风电说明书

1.引言根据任务书的设计要求以及结和工程的实际情况，此次设计为4x49.5MW风电场电气部分设计。工程分为四期，单期工程为49.5MW，本次设计以一期工程为例。本期工程选用1.5MW风力发电机,共用33台。每台风力发电机采用1600kVA的升压变压器，将出口电压690V升至35KV并送入35KV集电线路中。通过架空线路将电送入风电场110KV升压变电站中。本次设计是在康文彪老师的精心指导下制作完成的。康老师知识渊博、严谨认真，善于调动学生的积极性，喜欢捕捉新鲜事物以及研究方向。在设计思路上给了我很大的帮助和指引。此次设计让我懂得了风力发电厂电气部分设计的基本方法和思路。培养了我查找资料、计算、绘图、分析等能力。在老师的指引下独立完成任务。在此，我对老师表达由衷的感谢和深深的敬意。2.风力发电厂电气设计的主要内容2.1内容背景在社会和经济的不断发展和建设中，能源的消耗也在不断的加重。煤，石油，天然气是人类赖以生存的主要能源。这些能源都是不可再生资源。为了解决这类能源问题必须积极发展新能源，坚持可持续发展。风力资源具有良好的开发前景，利用风力发电等开发风力资源能很好的解决一系列能源问题，对保护环境具有重要意义。风力发电是目前为止全世界增长最快的能源开发，风力发电的装机容量每年保持超过20％的增长速度。截止2020年底，全球的风电的装机容量能够达到1200GW，足以保证约5000万的普通家庭或者是9500万的居民的用电需求。德国，丹麦以及西班牙是世界上风力资源开发和发展最好的3个国家。德国风力发电已经占该国总发电量的3％，丹麦的风力发电超过总发电量的12％。现在全世界大约已经有55多个国家加入了风力发电的队伍，大约参与风电行业的就业员工已有20万人。我国的风力资源富饶，大概可开发的风力资源有20亿千瓦时，内陆及近海的风力资源开发超过有15亿千瓦时。海上可以开发利用的风能资源约有7.5亿千瓦时。到2010年为止我国每年用电总量大约是41923亿千瓦时左右，但我国经济能够开发利用的风力发电资源仅在10千瓦时上下。到2010年底，我国并网的风力发电装机容量已经达到2596兆瓦。风力发电的开发和利用，在目前看来前景是光明无限的。2.2风力发电机的选择与布置本次设计的风力发电机初步选用单机容量为WTG1500A的双馈异步发电机，共布置33台。参数如下：单台风电机组参数额定容量Sg1500kW功率因数cosφ0.98次暂态阻抗Xd”14.11%短路阻抗6%由于风力发电机输出电压为690V，所以每台风力发电机配置一台箱式变压器，选用一机一变的接线形式，箱变内装设1600kVA升压变压器。参数如下：箱式变电站参数额定容量Sd1600kVA短路阻抗6%箱变的出口电压为35kV，本期33台风力发电机分成4组，经4回集电线路（35kV电缆线路）接入风电场110kV变电站35kV母线。2.3引线的选择由于考虑到风力发电场施工方面因素的影响，所以在一条线路上的8台风力发电机，前面的4台风力发电机使用50m㎡截面积的电缆线路，后面的4台风力发电机选用150m㎡截面积的电缆线路。在风力发电场中的风力发电机到风电场中心的升压变电站之间的集电线路准备选用35KV架空线。采用架空线，其对地电容比较小。当发生单相接地等故障时，一般是以瞬时故障为主的，可以选用中心点不接地或者是经消弧线圈接地的方式，来避免风电机组无为跳闸的情况。选用的型号为：LGJ-150/25型的铝锰合金镀层钢芯铝绞线的架空线路。数量为60km。地线选用GJ-35型的钢芯铝绞线路来用。3.风电场变压器的选择3.1风力发电机组的升压变压器的选择风力发电机输出电压为690V。按照一机一变的接线形式，所以根据风电场电气系统典型设计手册，风力发电机出口电压变压器初步选为1600kVA的升压变压器。序号风电机组容量（MW）升压变压器容量（KVA）箱式变电站高压侧设备配置箱式变电站低压侧设备配置10.85/1.5/2900/1600/2150负荷开关、熔断器、避雷器应考虑风机厂家的技术要求一般设置断路器或隔离开关或熔断器233150断路器、避雷器应考虑风机厂家的技术要求一般设置断路器或隔离开关或熔断器表3-1电气一次部分主要设备配置对应表3.2风电场主变压器的选择风电场主变压器的容量选择，应按照在正常运行的情况下有最大功率通过时而且不过载的方式来确定容量的选择，避免了出现功率的“瓶颈”的现象。如果选择过大的容量会加大投资，并且会增加有功功率和无功功率的损耗。由于风电场的实际情况，考虑到负荷率较小和风电机组的功率因数在1左右，根据风电场电气系统典型设计手册，能够选用等于风力发电场发电容量的主变压器。在实际选择变压器的容量上，应根据上述原则选取近似并且稍大于风力发电场发电容量的标准。本次设计的单期工程发电量为49.5MW,则可以选择一台容量为50MVA的三相油浸式双绕组有载调压变压器作为该期工程的主变压器。型号额定容量KVA额定电压-高压（KV）额定电压-低压（KV）空载损耗kw空载电流%负载损耗kw连接组别短路阻抗%SZ11-50000/110500001108*1.25%38.5420.418411dYN10.5表3-2主变压器参数3.3厂用变压器的选择厂用电的设计应该按照运行、检修以及施工的要求，以及从全厂发展规划考虑，妥善地解决因分期建设而引起的问题，并且积极慎重的采用经过鉴定的新技术和新设备来使设计满足经济合理、技术先进。保证机组安全以及经济和满发地运行。厂用变压器的容量选择应按照高压厂用电计算负荷和低压厂用电计算负荷之间进行选择，而厂用工作变压器的型式选择由《电力工程电气设备手册》查得；高压厂用变压器的容量:49.50.98´1%=505.1KVA()型号额定容量（kVA）额定电压（kV）阻抗电压（%）损耗（KW）空载电流（%）高压低压空载短路S7—630/35630350.46.59.21.301.8表3-3高压厂用变压器采用S7—630/354.风电场电气主接线的设计4.1电气主接线的设计原则:（1）可靠性，供电可靠性是电力生产的基本要求。（2）灵活性，发电厂主接线应该满足在调度、检修以及扩建的灵活性。（3）经济性，在满足可靠性和灵活性的前提下，还应尽量做到经济合理。4.2常见的电气主接线分类：主接线形式可以分为两大类：有汇流母线和无汇流母线。有汇流母线：简称母线，是汇集和分配电能的设备。无汇流母线：使用开关电器较少，占地面积较小，一般只适用于进出线回路少、不再扩建和发展的发电厂或变电站。4.3风电场电气主接线的形式：从设计要求所给的电压等级、出线回路数以及电气主接线的可靠性和灵活性、经济性等方面因素考虑，35KV应采用单母线分段形式，通过3回35KV线路汇集后送至100KV母线。110KV采用单母线接线形式。风电机组采用单元接线。单元接线：单元接线是最简单的接线形式，即发电机和主变压器组成一个单元，发电机生产的电能直接输送给变压器，经过变压器升压后送给系统。单母线接线：单母线接线是以一条母线用为配电装置中的电能汇集节点，是有母线接线形式中最简单的接线形式。单母线接线的优点是：接线简单清淅、设备少、操作简单、便于扩建和采用成套配电装置。单母线接线的缺点：可靠性较低，当其中的任一断路器检修停运，其所在回路必须停电，而当母线或母线隔壁离开关故障或检修的时候，由于母线停运，整个配电装置都需要停电，也就有可能造成整个厂站的停电。单母线分段接线：在配电装置中有多个电源存在的时候，单母线不在适用，此时可以将单母线根据电源的数目进行分段，这就是单母线分段接线形式。单母线分段接线具有以下优点：1）重要用户可以从两段母线上引出两个回路，由不同的电源供电。2）当一段母线发生故障或需要要检修的时候，分段断路器可以断开，保证另一段母线的正常运行。5.短路计算5.1短路计算的目的（1）电气主接线比选（2）选择导体和电器（3）确定中性点接地方式（4）计算软导线的短路摇摆（5）确定分裂导线间隔棒的间距（6）验算接地装置的接触电压和跨步电压（7）选择继电保护装置和进行整定计算5.2各点短路电流计算取基准容量SB=100MVA，基准电压UB用各级的平均电压各元件电抗的标幺值如下：单台风机：X*1=Xd·SBSN=0.1411×100P/COSj=9.22单台箱变:XB1*=UK%100·SBSN=6%100´100SN=3.75线路阻抗：XL1*=x1·l´SBU2av=0.4×10×100372=0.292x1为单位长度的电抗0.4主变压器：XB2*=UK%100·SBSN=10.5%100´100SN=0.21系统架空线路阻抗：XL2*=x1·l´SBU2av=0.4×50×1001152=0.15d1点短路计算（110KV母线）根据《电力系统分析》第十章电力系统三相短路电流的实用计算，如果不能确定同步发电机短路前的运行参数，近似取E0≈1.05X总=(X风机+X出口变)总=9.22+3.7533=0.393X总+X升压变总=0.393+0.21=0.603X合=(0.292+0.15)´0.603(0.292+0.15)+0.603=0.256则计算电抗：Xjs1=Xå*·SGåSB=0.256´49.5/0.98100=0.129查短路电流运算曲线表找出0s，2s，4s短路电流周期分量标幺值。I*0=8.4I*2=2.75I*4=2.5则短路电流：Id=I*·SGå3UBI0=2.1KAI2=0.69KAI4=0.625KA冲击电流：Ich=1.82I0=5.355KAd2点短路计算（35KV母线）X系统阻抗+X升压变总=0.292+0.21=0.502则计算电抗：Xjs2=Xå*·SGåSB=0.253查短路电流运算曲线表找出0s，2s，4s短路电流周期分量标幺值。I*0=4.21I*2=2.47I*4=2.4则短路电流：Id=I*·SGå3UBI0=3.32KAI2=1.947KAI4=1.89KA冲击电流：Ich=1.82I0=8.211KAd3点短路计算（发电机出口侧）∑𝑌=1𝑋出口变总+1𝑋33风机+1𝑋𝑧=13.75+19.22+10.502=2.37XB=XZX出口变总∑𝑌=3.75×0.502×2.37=4.46Xjs3=Xå*·SGåSB=2.25查短路电流运算曲线表找出0s，2s，4s短路电流周期分量标幺值。I*0=I*2=I*4=0.47则短路电流：Id=I*·SGå3UBI0=I2=I4=18.99KA冲击电流：Ich=1.82I0=48.41KA6.电气设备的配置6.1电器选择的一般要求正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。6.2断路器与隔离开关的选择由于断路器在电器接线中装设的部位不同，对其性能要求不同，在选择断路器时，应结合装设的特点及产品的技术经济指标综合考虑。6.2.1断路器的选择要满足以下的特殊要求：①合闸时触头不应有明显弹跳、熔焊；②分闸时不应重击穿，或重击穿概率很低；③应有承受合闸涌流的能力；④经常投切的断路器应具有频繁操作的能力；⑤断路器的额定电流，不应小于装置长期允许的电流的1.35倍；6.2.2110KV母线短路由短路电流计算结果可知：I0=2.1KAI2=0.69KAI4=0.625KA冲击电流：Ich=1.82I0=5.355KA最大持续工作电流：Imax=1.05´UN=1.05´5000003´115=2635.7A周期分量热效应（3s时）：QP=I0*()2+10´I2*()2+I4*()212´TQP=2.12+0.692+0.625212´3=1.32根据110KV户外配电装置在本设计的具体要求，靠近母线的隔离开关宜选用垂伸缩。靠近母线的断路器与隔离开关的选择：断路器选择六氟化硫断路器。相关参数具体如下：表6-2-1六氟化硫断路器LW6—110计算资料额定工作电压NU110KVNSU110K