第2章-电气系统2

风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式第2章风电场电气部分的构成和主接线方式教学目标掌握风电场电气部分的特点和基本构成，了解电气主接线的基本概念和设计原则，理解各种电气主接线形式的特点并掌握分析方法，理解和掌握风电场电气主接线设计的基本思想和依据。关注的问题风电场与常规电厂的区别是什么？其电气部分的构成有哪些？电气主接线的概念和相关术语有哪些？其设计原则又是什么？常见的电气主接线形式有哪些？风电场电气主接线应如何进行设计？风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.1风电场电气部分的构成§2.1.1风电场与常规电厂的区别风力发电机组的单机容量小风电场的电能生产比较分散，发电机组数目多风电机组输出的电压等级低风力发电机组的类型多样化风电场的功率输出特性复杂风电机组并网需要电力电子换流设备风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.1.2风电场电气部分的构成总体而言，风电场的电气部分也是由一次部分和二次部分共同组成，这一点和常规发电厂站是一样的。根据在电能生产过程中的整体功能，风电场电气一次系统可以分为四个主要部分：风电机组、集电系统、升压站及厂用电系统。目前，风电场的主流风力发电机本身输出电压为690V，经过机组升压变压器将电压升高到10kV或35kV。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.1.2风电场电气部分的构成风电机组，除了风力机和发电机以外，还包括电力电子换流器（有时也称为变频器）和对应的机组升压变压器（有的文献称之为集电变压器）。集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来。分组采用位置就近原则，每组包含的风电机组数目大体相同。每一组的多台机组输出（经过机组升压变压器升压后）一般可由电缆线路直接并联。升压变电站的主变压器将集电系统汇集的电能再次升高。厂用电包括维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电和风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等，也就是风电场内用电的部分。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.1.2风电场电气部分的构成风电场电气一次系统示意图如下图所示：其中各部分为1风机叶轮2传动装置3发电机4变流器5机组升压变压6升压站中的配电装置7升压站中的升压变压器8升压站中的高压配电装置9架空线路123457689风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2电气主接线及设计要求§2.2.1电气主接线的基本概念§2.2.1.1地理接线图地理接线图就是用来描述某个具体电力系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及他们相互的联结它是对该系统的宏观印象，只表示厂站级的基本组成和连接关系，无法表示电气设备的组成火电厂风电场变电站风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.1.2电气主接线在发电厂和变电所中，各种电气设备必须被合理组织连接以实现电能的汇集和分配；而根据这一要求由各种电气设备组成，并按照一定方式由导体连接而成的电路被称为电气主接线。对于电气主接线的描述是由电气主接线图来实现的。主接线电路图用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，以单线图的方式详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系某些需要表示接线特征的设备则要表示其三相特征风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、电力线路、母线及断路器等主要元件间的电气接线。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.1.3电源和负荷通常认为相对于需要分析的具体电气设备，为其提供电能的相关设备即是其电源。在发电厂和变电站中，用于向用户供电的线路被称为是负荷。配电装置用于具体实现电能的汇集和分配，它是根据电气主接线的要求，由开关电气、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.1.4设备工作状态运行中的电气设备可分为四种状态，即运行状态、热备用状态、冷备用状态和检修状态。运行状态是指电气设备的断路器、隔离开关都在合闸位置；热备用状态是指设备只断开了断路器而隔离开关仍在合闸位置；冷备用状态是指设备的断路器、隔离开关都在分闸位置；检修状态是指设备所有的断路器、隔离开关已断开，并完成了装设地线、悬挂标示牌、设置临时遮栏等安全技术措施。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.1.4设备工作状态送电过程中的设备工作状态变化为：停电过程中的设备工作状态变化为：检修冷备用热备用运行运行热备用冷备用检修风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.1.5倒闸操作利用开关电器，遵照一定的顺序，对电气设备完成上述四种状态的转换过程称为倒闸操作。倒闸操作必须严格遵守基本操作原则风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.2电气主接线的设计原则发电厂主接线设计的基本要求有三点：一、可靠性供电可靠性是电力生产的基本要求，在主接线设计中可以下几方面加以考虑：任一断路器检修时，尽量不会影响其所在回路供电；断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部二级负荷或大部分二级负荷的供电；尽量减小发电厂、变电所全部停电的可能性。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.2电气主接线的设计原则二、灵活性发电厂主接线应该满足在调度、检修及扩建时的灵活性：调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，灵活调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度要求；检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修不至影响电力系统的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.2.2电气主接线的设计原则三、经济性在满足可靠性、灵活性要求的前提下，还应尽量做到经济合理：投资省：主接线力求简单，继电保护和二次回路不过于复杂，采取限制短路电流的措施；占地面积小：主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积小；电能损失少：经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，并尽量避免因两次变压而增加的电能损失。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式电气主接线的设计步骤1、原始资料分析：包括工程情况、电力系统情况、负荷状况、环境条件以及设备供货情况；2、主接线方案的拟定与选择；3、短路电流计算和主要电器选择；4、绘制电气主接线图5、编制工程概算（1）主要设备器材费；（2）安装工程费；（3）其他费用风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3常用的电气主接线形式§2.3.1电气主接线的分类在发电厂和变电站中，配电装置实现了发电机、变压器、线路之间的电能的汇集和分配，这些设备的连接由母线和开关电器实现，母线和开关电器的不同的组织连接也就构成就了不同的接线形式。主接线形式可以分为两大类：有汇流母线和无汇流母线。汇流母线，简称母线，是汇集和分配电能的设备。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3.1电气主接线的分类有汇流母线采用有汇流母线的接线形式便于实现多回路的集中。接线简单、清晰、运行方便，有利于安装和扩建。配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多，因此更适用于回路较多的情况，一般进出线数目大于4回。有汇流母线的接线形式包括：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、带旁路母线等。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3.1电气主接线的分类无汇流母线无汇流母线的接线形式使用开关电器较少，占地面积小，但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。无汇流母线的接线形式包括：单元接线、桥形接线、角形接线、变压器－线路单元接线等。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3.2电气主接线的常见形式§2.3.2.1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。WL风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3.2.2桥型接线当变配电装置中只有两条线路连接站内两台主变时，常采用桥形接线，此时这两回进线分别和两条线路连接，形成了两个线路－变压器的供电路径，在这两个供电路径由桥断路器联络。根据桥断路器相对于变压器和线路的安装位置，又分为内桥接线和外桥接线风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3.2.2桥型接线内桥接线内桥接线的桥断路器靠近变压器，对于变压器的投切需要操作两台断路器，而对于线路的操作只需要一台断路器适用于变压器不经常切换，而线路较长，故障概率较高，所造成的线路需要经常操作的场合风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式§2.3.2.2桥型接线外桥接线外桥接线对于变压器的投切操作一台断路器，而线路则需要操作两台断路器外桥接线适用于变压器切换频繁，或线路较短，故障概率小的场合风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式角形接线角形接线是将母线闭合成环，各回路间利用断路器分段的接线方式。分为三角形、四角形、五角形和六角形等。特点：任一台断路器检修都不会停电；只有在断路器检修时，隔离开关才起隔离作用，不存在误操作的可能性，故可靠性高、运行灵活、经济性好。缺点：任一台断路器检修均需开环运行，此时若有其它元件故障，会造成非故障回路被切除、分裂运行或全部停电；保护整定复杂；扩建不方便。适用于最终规模明确的发电厂或变电所110kV以上的配电装置中。角形接线不宜超过六角。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式一、单母线接线（1）电气设备：1）、QF：断路器；作用：接通和切断电路；特点：有专门的灭弧装置，可用于切断或闭合负荷电流以及切断故障电流；2）、QS1：母线侧隔离开关QS2：线路侧隔离开关作用：隔离电压特点：无专用灭弧装置，开合电流能力极低；3）、WB：母线，用于电能的汇集和分配风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式一、单母线接线倒闸操作：电气设备由一种状态转换到另一种状态或系统改变运行方式时，需要一系列倒闸操作才能完成。倒闸操作主要是指拉开或合上某些断路器和隔离开关、拉开或合上某些直流操作回路、切除或投入某些继电保护和自动装置、改变某些继电保护和自动装置的整定值、拆除或装设临时接线、检查设备的绝缘等。例：给出线WL1送电风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式一、单母线接线倒闸操作：1、给出线WL1送电操作：先合QS1，后合QS2，再合QF2、给出线WL1断电操作：先断QF，后断QS2，再断QS13、QF和QS的操作顺序：保证隔离开关“先通后断”或在等电位状态下运行。4、QS1和QS2的操作顺序：通电时先通母线侧隔离开关，后通线路侧隔离开关；断电时相反；5、防止误操作的措施：a、操作票制度；b、QF和QS之间加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式一、单母线接线优点：a、接线简单、清晰、设备少、投资小、操作方便；b、便于扩建和使用成套配电装置；缺点：a、不够灵活可靠，任一元件（母线及母线侧隔离开关）检修时，所有回路必须全部停电；b、任一出线断路器检修时，该回路要停电；c、母线、母线侧隔离开关故障或断路器靠母线侧绝缘套管损坏时，所有回路必须全部停电；因而可靠性低。风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式一、单母线接线适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：1）6－10KV配电装置的出线回路数不超过5回2）35－63KV配电装置的出线回路数不超过3回3）110－220KV配电装置的出线回路数不超过两回风电场电气系统风电场电气部分的构成和主接线方式二、单母线分段运行1.分段断路器闭合运行：两个电源分别接在两段母线上；两段母线上的负荷应均匀分配；两段母线电压相等。当一段母线发生故障时，继电保护将跳开分段断路器和故障侧电源断