风力发电场电气设计(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,-1-,2012.08,风电工程电气设计,1,-2-,1,、风电发展概况,2,、风电场的组成,3,、风力发电机组简介,4,、风电场电气工程设计,5,、风电场集电线路,6,、升压站电气工程,7,、主要电气设备选型,目,录,2,-3-,1930s,2006,年,1995,年,2007,年,丹麦安装第一台,220kW,海上风电机组,我国引进技术，,06,年,10,月 第 一 台,自主创新风机在,沈阳华创出厂,2010,年,1995,年恩德公司制造,了世界第一台兆瓦级,机组,1990,年,二十世纪三十年代丹,麦瑞典苏联和美国应,用航空旋翼技术研制,出,5kW,以下小型风机,10,月 国 电 龙 源 集 团,风电装机容量率先,超过,100,万千瓦，现,已超过,800,万千瓦,2010,年,6,月采用,华锐,3MW,海上风机的上海,东海大桥,并网,全国第一个整机,国产化风场在赤,峰市翁牛特旗并,网,中 国 新 增,1600,万 千,瓦，累 计,4183,万 千,瓦，总容量跃居世,界第一,风电发展概况,风电发展大事记,3,-4-,风电发展概况,全球风电累计装机前十名国家,4,-5-,风力发电机组,箱式变电站,集电线路,风电场升压站,并网线路,风力发电场的组成,风力发电场主要组成部分,5,-6-,风力发电机组简介,双馈变速恒频型风力发电机组,双馈变速恒频型风力发电机组的,风轮叶片桨距角可以调节，同时采用,双馈型发电机，发电机可以变速，并,输出恒频恒压电能。在低于额定风速,时，它通过改变转速和叶片桨距角使,风力发电机组在最佳尖速比下运行，,输出最大的功率，而在高风速时通过,改变叶片桨距角使风力发电机组功率,输出稳定在额定功率。,6,-7-,风力发电机组简介,双馈变速恒频型风力发电系统,7,风力发电机组简介,直驱型风力发电机组,直驱型风力发电机组是无齿轮箱的变桨距变速风力发电机组，,风轮轴直接与低速发电机连接。直驱型风力发电机组要采用全功率,变流器。,-8-,1,2,3,4,5,6,基座,偏航系统,发电机定子,发电机转子,轮毂,叶片,8,-9-,风力发电机组简介,直驱型风力发电系统,9,-10-,风力发电机组简介,风力发电机组相关部件,风力发电机的主要部件有：风机叶片、发电机、齿轮箱、控制器、,变流器、偏航系统。,其他部件有液压刹车系统、散热器、连轴器、轴承等。,塔架和结构件包括轮毂、主轴、机舱底坐、法兰盘等。,国内为风机厂配套大部件的生产厂数量猛增,，国产化比例超,90%,。,10,-11-,风力发电机组简介,兆瓦级风电机组零部件,齿轮箱,11,-12-,风力发电机组简介,风轮叶片,12,-13-,风力发电机组简介,兆瓦级风电机组零部件,电控系统,13,-14-,风力发电机组简介,风机塔架,14,-15-,风力发电机组简介,风机轮毂,15,-16-,风力发电机组简介,整机装配,16,-17-,风力发电机组简介,风机基础,17,-18-,风力发电机组简介,风机吊装,18,-19-,风电场电气工程设计,线路电气,场内集电线路,电气一次,电气主接线、设备选择、电气设备布置、过电压保护及接地、场用电、照,明、图像监视,电气二次,计算机监控系统、元件保护、二次接线、站用电及直流,系统继电保护,系统继电保护及安全自动装置,调度自动化,调度关系、远动信息的传送方式和通道要求、远动信息内容、远动系统、,风电场远方电能量计量计费系统、调度数据网络、管理信息网络接入及二次,安全防护、调度运行管理系统、调度发电计划管理系统,通信部分,风电场场内通信、系统通信,风电场电气工程设计主要内容,19,-20-,风电场集电线路,风电场,35kV,集电线路，单元接线方式采用一机一变的接线。每回,35kV,线路,T,接,811,台风电机组，全场共,3,回架空线路，均接至风电场,110kV,升压站的,35kV,配,电装置。架空线路导线选用芯铝绞线，全线架设一根地线。箱变与架空线路之间,采用交联聚乙烯绝缘电缆。风机从相应箱变敷设电缆至架空线路电缆终端塔，与,架空线路连接。,20,-21-,风电场集电线路,水泥电杆,角钢塔,钢管电杆,21,-22-,升压站电气工程,风电场升压站布置图,22,-23-,升压站电气工程,某风电场规划容量为,99MW,，,110kV,升压站装设,2,台,50MVA110/35kV,三,相双绕组有载调压主变压器，通过,1,回,110kV,线路接入电网系统。本期规,划,110kV,侧采用单母线接线，,35kV,侧采用单母线分段接线。,风电场升压站主接线图,23,-24-,升压站电气工程,风电场升压站控制和保护,风电场控制、保护、测量和信号,风力发电机组：风电场监控系统分为在现场单机控制、保护、测量和信号,等在控制室对各台风电机组进行集中监控。,箱式变电站：箱式变电站高压侧采用负荷开关熔断器保护，低压侧采用,自动空气开关作为箱式变内部及风电机组出口引线故障的保护。,风电场控制室：风电场控制室布置在,110kV,升压站内，与,110kV,升压站,主控制室在同一房间内。采用计算机监控方式对风电场场区中的风力发电,机组进行集中监控和管理。,110kV,变,电站控制、保护、测量和信号,计算机监控系统：变电站计算机监控系统负责对变电站线路、主变压器,和公用设备等的集中监控。,元件保护：设主变压器保护、,35kV,线路保护、站用变保护、高压动态,无,功补偿保护。,系统继电保护：设,110kV,线路保护及自动重合闸,、故障录波、继电保护,试验。,24,-25-,站用电：,1,台,315/400kVA,站用变压器。,主要电气设备选型,风电场升压站主要电气设备选择,主变压器：,采用三相有载调压双绕组变压器；,SZ10-50000/110,。,220kV,设备：采用,GIS,设备，额定电流,2000A,，开断电流,为,31.5kA,，关合电流为,80kA,。,35kV,设备：采用铠装式,金属封闭开关柜，额定电流,2000/1250/630A,，开断电流为,31.5kA,，峰值耐受电流为,80kA,。,无功补偿设备：采用,SVG,设备,容量为,12Mvar,。,25,-26-,主要电气设备选型,方案,GIS,敞开式,安全性,可靠性,设备绝缘性能,GIS,设备绝缘性能稳定，以,SF6,为绝缘介质，电器设备密封于金属外壳内设备外绝缘不受外界污秽环境影响，适宜在沿海盐雾和污秽等级较高的地区。,敞开式设备的大部分电器元件暴露在空气中，绝缘性能受大气环境影响。,各元件之间连接,GIS,设备各元件之间连接采用插接式，置于,SF6,环境中，,SF6,气体性能稳定，插头插座不易腐蚀。设备之间也互不影响。,隔离开关动静触头和母线暴 露在空 气中，受大气环境影响，接头处易锈蚀、发热、影响设备运行，增加维护工作量，降低设备可靠性。,安全性,由于,GIS,外壳屏蔽的作用，避免了人身触及高压的危险。,必须保持一定的安全距离，易发生人身触及高压的危险。,故障率,敞开设备的断路器间隔的故障率是,GIS,断路器间隔的故障率的,5-10,倍。,设备检修维护,GlS,基本属于免维护性质，维护工作量很小，,GIS,配电装置占地小。由于设备布置较集中，日常巡视管理方便，大大减少运行维护费用，更适应本工程,“,无人值班,”,的管理模式。设备的年漏气率约为,10%,，其补气周期约为,7,8,年，大修周期大,于,20,年，大修间隔时间长。,GIS,与敞开式设备相比的检修时间相对较长。,敞开式设备大多数元件受大气环境影响，运行维护工作量大，仅绝缘子清扫就是一项十分繁重的工作，设备老化及损坏速度相对较快大修周期短、检修次数多，一般,2-5,年检修一次。,运行费用,敞开式设备的运行费用约为设备投资的,30%,，,GIS,设备的运行费用约为设备投资的,1.5%,。因此，,GIS,设备运行费用比敞开式设备低。敞开式设备的运行费用约为设备投资的,30%,，,GIS,设备的运行费用约为设备投资的,1.5%,。因此，,GIS,设备运行费用比敞开式设备低。,两种型式配电装置对比,26,-27-,主要电气设备选型,TCR,MCR,静止型动态无功补偿装置,SVG,27,-28-,主要电气设备选型,三种补偿方式的特点综合对比表,设备名称,MCR,型,SVC,TCR,型,SVC,SVG,升压变压器型式,多功率单元串联模式,补偿原理,晶闸管控制部分饱和式电抗器,晶闸管阀组控制相控电抗器,大功率电压源型有源滤波器,+,升压变压器,多功率单元直接串联接入,35kV,系统,占地面积,MCR,磁控电抗器结构紧凑，但由于其自身产生大量谐波，且不能输出容性无功功率，需配置,2-3,个滤波支路，占地面积较大,TCR,相控电抗器多采用干式空芯结构，且其自身产生大量谐波，不能输出容性无功,2-3,个滤波支路占地面积很大,采用了大功率电力电子元器件,IGBT,，占地面积大大减小，但需考虑升压变压器的占地,与升压变压器型式的,SVG,相比，减少了变压器，占地面积最小,补偿效果,线性调节，不能输出容性无功功率，且其输出无功功率与电网电压的平方成正比，电压越低，输出的无功功率就越低,线性调节，不能输出容性无功功率，且其输出无功功率与电网电压的平方成正比，电压越低，输出的无功功率就越低,线性调节，可以实现容性到感性无功功率的动态调节，比,MCR,和,TCR,范围宽，尤其在低电压时，仍能输出大电流的无功。,响应速度,约需,200ms,小于,10ms,5ms,谐波治理,自身为谐波源,自身为谐波源,SVG,的通过控制算法对电压源型逆变器输出的控制，可控制其输出谐波，兼作有源滤波器的作用，基本无谐波输出,三相不平衡,治理效果一般或不治理,治理效果好,治理效果好,损耗,较大，约,1.82.5%,0.5%,升压变压器,+,逆变器约,0.250.45%,折合损耗,0.60.8%,功率单元,+,接入电抗器损耗约,0.2-0.4%,折合损耗约,0.5-0.6%,使用寿命,运行稳定,运行稳定,运行稳定,运行稳定,后期维护费用,初始投资低，运行费用高,初始投资较高，运行费用较高,初始投资较高，运行费用低,初始投资较高，运行费用低,其他特点,经过设计可以直接接入超高压电网，在,110kV,以上超高压电网中优势非常明显。,适合于,1035kV,电网，,110kV,以上电网中应用有技术瓶颈。,目前的技术，可以直接接入,10kV,及,35KV,系统，适用于风电场动态无功调节，对占地有严格要求的场合。,28,-29-,主要电气设备选型,欧式箱变,美式箱变,欧变,美变,结构形式,采用高、低压开关柜变压器组成方式,将负荷开关，环网开关和熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中,体积,由于内部安装常规开关柜及变压器，产品体积较大,由于采用一体化安装体积较小,保护,由于风电场箱变容量较小,(,小于,6.3MVA),根据规范可不装设纵差保护。当主变重瓦斯超温或高压侧单相过流时，高低压侧可三相全部跳开。,当主变重瓦斯、超温时，仅低压侧可动作跳闸。当高压侧单相过流时，仅此相熔断器熔断，其余相熔断器不熔断，此时靠低压侧欠压或过流保护。,价格,较高,较低,可靠性,较高,较低,防腐蚀,较好,较差,散热,较差,较好,29,-30-,交流完毕，感谢各位！,30,风电场及机组接地,设计案例,主要内容,:,1,风电场接地设计范围,2,风电场接地设计原则,3,风电场接地设计程序,4,风电场接地设计方案,5,风机,-,相变基础接地设计案例,6,风机相变基础接地典型设计,7,总结,31,1.1,风电场电气设计流程,风电机,-,机组升压变,-,风场集电线路,-,升压变电站,-,高压输电线路,-,电力系统,1.2,风电场接地设计范围,风机和相变基础接地,风电场集电线路接地,风电场升压变电站接地,风电场监控中心接地,2.,风电场接地设计原则,应收集每台机位的土壤电阻率,土壤电阻率变化较大时,应分流进行设计,风机基础与相变基础共用一个接地装置,接地装置的工频电阻不大于,4,欧,风机的防雷引下线与接地装置的连接点和相变与接地装置的连接点,在地中沿接地体的长度应不小于,15,米,接地体的埋深不小于,0.8,并宜敷设在冻土层以下,.,风机接地装置的接触电位差和跨步电位应满足,GB50065-2011,交流电气装置的接地设计规范的要求,32,3.,风电场接地设计程序,3.1,收集资料,工程区地基土特征,水文地质条件,水及土的腐蚀性,.,每个机位不同地基的实测土壤电阻率,升压变电站范围不同地基土层的实测土壤电阻率,风电场场址冻土深度,风电设计方案,(,主接线，设备选择及布置，设备基础结构及钢筋配置等）,3.2,选取等值土壤电阻率,接地体预计埋设深度,3.3,确定接地电阻控制值,交流电气装置的接地设计规范,50065-2011,3.4,选择接地材料,热镀锌扁钢；铜包钢；模块；离子棒,3.5,初定接地设计方案,水平接地网尺寸；垂直接地体数量；,3.6,接地电阻计算,水平接地体电阻，垂直接地体电阻；总接地电阻,3.7,编制施工图,计算结果满足要求,-,可以编制施工图,计算结果不满足要求,-,修改接地方案,（扩网，换土，深井，外引等方法）,-,直至满足,33,3.8,设计图纸交底,一般在现场进行，解释设计意图，解答技术问题，提出技术和质量要求，强调施工注意事项等。,3.9,接地电阻实测,实测结果满足要求,-,编制竣工图,实测结果不满足要求,-,完善接地设计方案（扩网，换土，深井，外引等方法）,-,直至满足,3.10,接地设计调查回访,总结接地设计，施工与运行经验，设计优化,4,。风电场接地设计方案,4.1,风机,相变基础接地设计方案。,风电机阻和相变共用一个接地系统,接地网接地电阻小于,4,欧,发电机组接地系统与接地网连接至少引接,3-4,处。,相式变与接地网连接至少引接,2,处。,4.2,风电场集电线路接地,按照,35KV,架空线路设计工程要求，从风场升压变电站侧终端杆开始，在杆塔头部架设不小于,1KM,的架空防雷地线（,GJ-50,镀锌钢绞线）。所有架设防雷线的杆塔和安装避雷器的门型构架均要埋设接地装置，要求接地电阻满足下表要求。,34,