30MW风电场扩容中的电气技术方案分析.pdf

Applications创新应用338 集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月散布在已建成的X平（北风场）、X洲风电场（南风场）、X顶风电场之间及外围，较为分散，风电场场址内地势开阔略有起伏。地面高程变化在100m500m，没有建筑物阻挡。风电场交通便利，水陆贯通。本期扩建机位可通过引接原风电场场地道路与某镇交通网连接，交通便利，大型设备可直接运抵现场。本工程规划扩建总装机容量为30MW，该扩建项目拟接入已建成的风电场升压站。原风电场装机容量为148.5MW，本期扩建项目建成30MW，拟安装10台单机容量为3.0MW的风力发电机组。1.2 机组选择、布置与发电量计算本工程装机容量30MW，建成后的发电量实际满发小时数平均为2 434h，年上网电量平均7 302.090万kWh，扣除对前期风场发电量的影响后，年净上网电量平均为6 966.404万kWh。考虑风电场目前送出受限，弃风电量为1 117.65万kWh，年净上网电量平均为5 848.754万kWh。由于建设期中对原来的线路进行改造而停电，停电期损失电量1 258.3万kWh。1.3 电气设计技术（1）电气一次。升压站部分：对原有升压站主变、35kV相应间隔、无功补偿装置进行改造。0 引言本文所选定的某30MW风电场是广东省风电场基地的重要组成部分之一，具有良好的资源条件和开发前景。根据电力工程电力设计手册和电力系统分析理论等技术规范，结合该风电场实际情况，对风电场的电气部分进行全面的设计研究。首先介绍了本文的背景意义；其次，阐述了工程概况、风能资源，并对机组选择、布置与发电量计算；然后，结合实际情况确定了风电场电气一次、风电场电气二次的建设方案，并分别对其进场方案技术研究。最终形成某30MW风电场的电气设计技术研究。1 风电场电气部分总体方案设计 1.1 工程概况为了充分开发利用广东省某地区已建成风电场丰富的风能资源以及升压站设备经济运行，拟在原有风力发电场场址进行扩容。风力发电场位于某地区山地区域，分为三期工程建成。其中一期X平风电场49.5MW、二期X洲风电场49.5MW、三期X顶49.5MW，共148.5MW装机容量，均已并网发电。最高出力时为120MW，本工程拟扩容30MW，扩容后整个风电场装机容量为178.5MW，本工程等别为等，工程规模为大（2）型。风电场新建集电线路接入原有110kV某升压站35kV III母原九线间隔处。本期X平风电场（30MW）扩建项目拟建风机作者简介：姜海港，珠海华成电力设计院股份有限公司；研究方向：电力技术。收稿日期：2023-04-01；修回日期：2023-09-22。摘要：阐述工程概况、风能资源的特点，对机组选择、布置与发电量进行计算，结合实际情况确定风电场电气一次、风电场电气二次的建设方案，探究进场方案技术，形成某30MW风电场的电气设计技术实施方案。关键词：新能源发电，风电工程，电气设计。中图分类号：TM614 文章编号：1674-2583(2023)10-0338-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.10.155文献引用格式：姜海港.30MW风电场扩容中的电气技术方案分析J.集成电路应用,2023,40(10):338-340.30MW风电场扩容中的电气技术方案分析姜海港 （珠海华成电力设计院股份有限公司，广东 519085）Abstract This paper describes the engineering overview,characteristics of wind energy resources,and calculates the selection,layout,and power generation of units.Based on the actual situation,the construction plans for the primary and secondary electrical systems of wind farms are determined,and the entry plan technology is explored to form an implementation plan for the electrical design technology of a 30MW wind farm.Index Terms new energy generation,wind power engineering,electrical design.Analysis of Electrical Technology Schemes in the Expansion of 30MW Wind FarmJIANG Haigang(Zhuhai Huacheng Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Guangdong 519085,China.)Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月 339风电场场区部分：新增升压变安装、场区防雷接地及相关电缆敷设。（2）电气二次。风电场监控系统包括风电机组监控系统、升压站监控系统。本期风机扩建后，对原集电线路进行改造和对风电机组监控系统扩容和改造。风电场前期按无人值班、少人值守设计，运行人员定期或不定期巡视的方式运行，通过监控系统可实现在中央控制室对110kV升压站和风电机组的集中协调控制、监视，本期扩建不改变前期运行方式。2 风电场电气一次设计方案设计范围中，风电场扩建项目工程规划装机容量为30MW。本次电气部分设计包括风电场及升压站部分。项目建设规模如表1所示。风电场扩建研究。（1）风力发电机组与箱式变电站的组合方式。风机-箱变组合拟采用“1机1变”单元接线，该接线具有投资较低、电能损耗少、接线简单、操作方便、任意一台箱变或风力发电机组故障不会影响其他风力发电机组正常运行等优点。本期风电场规划装机容量为30MW，拟安装10台单机容量为3MW的风机，风力发电机组出口电压均为0.69kV，采用低压电缆埋地敷设接至箱式变电站低压侧，为了减少损耗，箱变就近布置在风力发电机组15m半径范围内。经计算，风力发电机组出口采用8根并排敷设的ZC-YJY23-0.6/1kV-3300+1150mm2的1kV低压电力电缆接至箱式变压器低压侧。（2）集电线路电压选择。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。风电场原有集电线路电压等级采用35kV。根据布机情况，所有新增风机接入新建的2回集电线路，仍采用35kV电压等级。集电线路方案。考虑风电机组和箱式变电站的布置、地形、35kV集电线路走向等因素，本期集电线路方案有新建集电线路、接入原线路2种方案可供选择。2种方案的比较见表2。由表2可见，方案1投资比方案2投资高653.072万元，从经济上比较，方案2最优，但接入原线路方案不利于风机监控管理，因此在实用性方面大大低于方案1，并且停电时间较长，发电损失过大。综合考虑推荐方案1。扩建后，原X顶#7集电线路变更为新X顶#7-1集电线路，原X顶#9-2集电线路变更为新X顶#7-2集电线路，均接入升压站#7风机进线柜；原X顶#8集电线路变更为新X顶#8-1集电线路，原X顶#9-1集电线路变更为新X顶#8-2集电线路，均接入升压站#8风机进线柜。新X顶#9-1集电线路包含WTG0410共7台风机；新X顶#9-2集电线路包含WTG0103共3台风机，均接入升压站#9风机进线柜。新增风机-箱变通过电缆连接至新建集电线路铁塔。集电线路方案见表3所示。集电线路架空部分主线采用LGJ-150导线，极限输送容量为25.66MW，可以满足输送要求。集电线路进站电缆部分采用300截面铜芯电缆。300截面电缆最大载流量为314.17A，最大输送容量为20MW，满足输送要求。3 风电场电气二次设计技术研究 3.1 控制室和继电器室的设置前期工程在控制室内设置有：风电机组监控系统操作员站、升压站监控系统操作员站、风机监控柜、安保及视频控制屏、微机五防工作站、工程师站等设备。在继保室(二次设备室)布置有：主变压器保护表1 项目建设规模表2 2种方案的比较表3 集电线路方案Applications创新应用340 集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月屏、主变压器测控屏、110kV线路保护屏、110kV线路测控屏、故障录波屏、时间同步对时屏、电度表屏、直流屏、UPS电源屏、系统自动装置屏和远动通信屏等设备。3.2 控制系统 3.2.1 监控系统设计原则风电场前期监控系统设备配置和功能已按“无人值班，少人值守”原则设计。风电场监控系统主要包括风电机组监控系统、升压站监控系统，两个监控系统局域网结构上相对独立。必要时，两局域网之间可通信，本期扩建不改变变电站现监控设计原则。3.2.2 升压站监控系统（1）监控系统设备配置。升压站监控系统主要由站控层设备、间隔层设备和网络设备等构成。站控层设备已在变电站前期工程中按远景规模配置，本期扩建增加相应的集电线路。（2）监控系统网络结构。升压站监控系统采用双以太网结构，网络传输协议采用 TCP/IP 网络协议，网络传输速率100Mbit/s。监控系统间隔层的测控装置直接通过网口连接站控层网络，测控装置直接与站控层通信。在站控层网络失效的情况下，间隔层应能独立完成就地数据采集监测和断路器控制功能。本期扩建不改变升压站网络结构。3.3 继电保护及自动装置 3.3.1 继电保护站内前期已按GB/T 14285-2006，继电保护和安全自动装置技术规程、南方电网公司Q/CSG10012-2005，中国南方电网城市配电网技术导则“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则的要求配置了完善的继电保护装置。本期新增的集电线路开关柜已装设微机型电流速断、过流和零序过流保护，电流速断、过流和零序过流保护出口压板相互独立。3.3.2 自动装置（1）风电场内已设置已一套时钟同步系统，目前对时采用GPS对时，不满足技术监督要求，本期新增一套北斗对时系统，形成双冗余系统。（2）风电场内已设置一套图像监控及防盗报警系统。该系统主要用于升压站监控。满足本期扩建需求，不需要新增设备。（3）风电场内已设置一套微机防误操作闭锁装置及本间隔电气闭锁组成的五防系统，满足本期扩建需求。（4）风电场内已一套微机故障录波装置，故障录波装置主要记录主变压器保护、线路保护动作开关量，同时反映故障起动前后和系统振荡时的波形等参量，满足本期扩建需求，不需要新增设备。（5）全站计算机监控系统，对变电站运行进行监视，对断路器、电动隔离开关和主变调压开关实现控制和操作，另外它还与电子式电度表、直流电源系统、小电流接地选线等其他智能模块或设备相连接，采集有关数据，完成全站的监控功能。本期不改变站内控制方式。3.4 测量及计量（1）测量。全站前期测量已按GB/T 50063-2008，电力装置的电测量仪表装置设计规范配置，本期无改动。（2）计量。全站计量表计前期按广东电网公司电能计量装置技术规范配置，本期扩建根据接入系统批复意见，在本期扩建风机相关的开关柜上装设专用计量装置。3.5 辅助电源（1）直流系统。根据DL/T 5044-2004，电力工程直流系统设计技术规程，升压站已设一套直流系统，满足本期扩建需求，不需要新增设备。（2）交流不停电电源系统。全站已设置2台电力专用UPS电源，容量为8kVA，2台UPS组2面屏，安装在继保室，满足本期扩建需求，不需要新增其他设备。3.6 风电场功率预测预报系统根据国家能源局风电场功率预测预报管理暂行办法中“所有并网运行的风电场应具备风电功率预测预报的能力”的要求，全站前期已设风电功率预测预报系统，技术条件满足暂行办法的要求，本期扩建需将新增风机信息接入前期的风电场功率预测预报系统，需对前期的风电场功率预测预报系统进行软硬件扩容。4 结语风电具有节能、优化能源结构和促进能源可持续发展等作用，风力发电的利用已成为当前可再生能源利用的主流。面对积极开发风电，本文以风力发电工程设计为基础，探讨了风电场电气系统设计的相关问题。我国的风电技术经过三十多年发展，目前风电很多方面技术在世界上都十分先进。以某30MW风电场的电气部分设计为研究的对象，对我国的风电开发有非常高的研究价值。本论文研究课题意义明确、积极，条理清晰，内容完整，结论明确，指导性强。参考文献1 冯宾春,邢占清,杨锋等.风力发电技术发展动态J.中国水利水电科学研究院学报,2009,7(03):193-198.2 贺德馨.风能技术发展中的几个问题J.世界科技研究与发展,2003(04):44-48.3 钟伟强.国内外风力发电简述J.青海科技,2004(02):25-27.