浅谈风电场电气一次系统设计

摘要：风电厂的电气一次系统设计对电力系统安全稳定运行有着积极意义。本文结合某具有工程，从风电厂电气主接线出发，探讨了升压站电气主接线以及风电场通信系统等内容，为风电场电气一次系统设计提供参考。

关键词：电力系统；设计；主接线；风电场

中图分类号：S611文献标识码： A

随着煤炭、石油、天然气等常规能源的日益紧缺，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越多地得到世界各国的关注。风能是一种清洁的永续资源，与传统能源相比，风力发电不依赖矿物能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有包括碳排放等环境成本。但随着越来越多的风力发电机组的接入，对电网运行的安全性和稳定性产生了重大的影响。因此，提高风电场电气设计、电气自动化水平以及运行管理水平，加深对风力发电机组控制系统的设计研究，具有十分重要的意义。

1工程概况

某风电场场址位于江西省九江市境内，装机容量为130MW，前期开发拟装机20台，单机容量2.5MW，总容量50MW。因风电场装机容量不大，且九江电网为强电网连接，网内电源众多，根据本工程接入电力系统设计要求，以110kV电压等级就近接入系统，尽可能减少一次性投资及施工难度，从满足风电外送出发，采用一回线路接入系统。

2风电场电气主接线

2.1风力发电机组与箱式变电站的组合方式

风电场风力发电机单机容量为2.5MW，出口电压690V，采用低压电缆接至就地变压器，低压侧流过的电流较大(约2215A)。经计算，每台风力发电机采用6根并联敷设的YJY22-3×240的1kV电力电缆并联接至箱式变电站低压侧。设计风力发电机组―箱式变电站组合采用一机一变组合方式。每台风力发电机组配套设置1台2800kVA箱式变电站，布置在风力发电机组就近位置。

2.2箱式变电站高压侧电压等级的选择

根据风电场装机规模及接入系统电压等级，风电场输变电系统采取二级升压方式，箱变高压侧有10kV和35kV2个电压等级可供选择。方案比较如下：

a）箱变高压侧为35kV。风电机组电压690V经箱变升压至35kV后接入风电场升压变电站，经主变压器二次升压至110kV后接入电网。采用该升压方式，风电场共需架设2回35kV集电线路，导线型号LGJ-150，全长17.68km。

b）箱变高压侧为10kV。风电机组电压690V经箱变升压至10kV后接入风电场升压变电站，经主变压器二次升压至110kV后接入电网。采用该升压方式，风电场共需架设4回10kV集电线路，导线型号LGJ-120，全长24.18km。2个方案的经济比较详见表1。

表1集电线路35kV和10kV2种电压等级方案经济比较

从一次性投资经济指标上看，方案一比方案二的投资略高64万元，但考虑到方案二的线损较方案一高，造成的经济损失较大，经综合比较，箱变高压侧电压采用35kV方案。

2.3箱式变电站高压侧接线方式

风电场共计20台箱式变电站。根据风电场单机容量小、机组分布数量多的特点，为降低投资，本工程箱变高压侧采用联合单元接线。35kV集电线路可选择电缆和架空线，现对2种输电方案进行经济技术比较。

a）采用35kV电缆：每台风机经就地变压器升压至35kV后，采用35kV电力电缆相互连接，每9台风机组成一个联合单元用电缆引至升压站内35kV配电装置。

b）采用35kV架空线方案：每台风机经就地变压器升压至35kV后，经35kV电缆引至35kV架空导线终端杆，按风机布置及线路走向划分，每10台风力发电机组成一个单元，共设2组联合单元，分别采用一回35kV架空线路送至升压站围墙外，再通过一段电缆引至站内35kV配电装置。架空导线型号采用LGJ-150。虽然电缆方案相比架空线路方案造价要高，但结合工程实际情况，因本风电场场址位于鄱阳湖畔，集电线路采用电缆方案更利于保护生态环境。因为厂址位于景区或者是处于生态保护区，故采用电缆方案，故本工程的35kV集电线路采用直埋电缆方案。

3升压站电气主接线

风电场总装机规模为130MW，拟采用2台63MVA变压器，型号为SZ10-63000/110，电压比110±8×1.25%/35kV，接线组别YNd11，阻抗电压Uk=10.5%，有载调压。本期先建设1台。

a）35kV配电装置接线。35kV侧最终建成进线5～6回，出线2回，采用单母线分段接线；本期建成进线3回，出线1回，采用单母线接线。

b）110kV配电装置接线。升压站110kV侧最终建成进线2回，出线1回，采用单母线接线方式；本期建成进线1回，出线1回，采用单母线接线方式。

电场通信系统

风电场通信系统主要包括系统通信、场内通信以及与公网通信3个部分。

4.1系统通信

风电场系统通信的任务是为电力系统上级主管部门对风电场内的生产调度和现代化管理提供电话通道，并为继电保护、远动、计量、升压站和风电机组计算机监控系统等提供信息传输通道。系统通信方式将在风电场二次接入系统设计完成后最终确定。本阶段暂采用架空地线复合光缆（OPGW）作为系统通信传输通道，为风电场升压站至上级调度部门之间提供全双工远动通道、计量通道及保护通道。风电场由升压站通过光纤传输通道接入吴中地调施行调度管理。在风电场生产综合楼内设置光通信传输设备一套，传输容量暂定为622Mb/s，并配置相应的PCM设备、光配线架以及仪表设备等。

4.2场内通信

场内通信是为风电场生产运行、调度指挥及行政办公系统各职能部门之间业务联系和对外通信联络提供服务。场内通信分为升压站内行政和生产调度通信及风电场内通信。

a）行政和生产调度通信。依据风电场的规模、系统调度和设备运行管理要求，升压站内的生产调度和行政管理通信拟采用一套行政和调度功能合一的数字式程控交换系统，程控交换机的容量暂定为96线，程控交换系统除满足风电场内生产调度和行政通信要求外，还能实现与电力系统、电信公网之间的通信联网。

b）风电场内通信。风电场内设置一套5信道集群移动通信系统，以满足风电场基建施工指挥、生产检修、风电场调度及场内应急通信等多种情况的需要。集群系统以4线E&M接口接入升压站内的程控交换机，实现有线、无线及对外的通信联络，并配置4部移动车载机和20部手持机。具体细节将与当地电信部门协商后结合实际情况作进一步优化。

4.3公网通信

风电场需与当地的公用通信网建立通信联系，以满足风电场对外的电话、数据传输和宽带上网等通信要求，同时也为本风电场的自动化和远动系统预留与电力系统通信的备用通道。现阶段暂考虑风电场与当地电信局之间敷设一条市话电缆（其中应包括电话、数据传输和宽带上网等通信业务），线路建设的具体方案有待与当地电信部门协商后确定。

5结语

通过对风电场一期工程电气系统进行技术经济分析，在设计时选择出最佳方案。对于风电场电气系统的优化设计，还需要考虑诸如电气设备的布置、电缆的走向、测量仪表的安装等等。满足了电气设备的投运工况、运行管理、二次保护、通信调度等各种要求，同时也减少了安装的工作量，以及屏位、电缆及工程初期投资，提高了系统运行的安全性和可靠性，而且便于维护，实现了减人增效。

参考文献

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