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风电场电气部分基础知识风电场电气部分基础知识主要内容主要内容 一、基本概念一、基本概念 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式 四、风电场主要一次电气设备四、风电场主要一次电气设备一、基本概念一、基本概念一、基本概念一、基本概念 风力发电风力发电：利用风力机获取风能并转化为机：利用风力机获取风能并转化为机械能，再利用发电机将风力机输出的机械能械能，再利用发电机将风力机输出的机械能转化为电能输出的生产过程。转化为电能输出的生产过程。 风力发电机组：风力发电机组：用于实现风用于实现风电转换过程电转换过程的成套设备称为风力发电机组。的成套设备称为风力发电机组。 风电场：风电场：是在一定的地域范围内由同一单是在一定的地域范围内由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施、运行维护人员等输变电设备、建筑设施、运行维护人员等共同组成的集合体。共同组成的集合体。 选择风力资源良好的场地，根选择风力资源良好的场地，根据地形条件和主风向，将多台风力据地形条件和主风向，将多台风力发电机组按照一定的规则排成阵列，发电机组按照一定的规则排成阵列，组成风力发电机群，并对电能进行组成风力发电机群，并对电能进行收集和管理，统一送入电网。收集和管理，统一送入电网。一、基本概念一、基本概念 风电场电气系统风电场电气系统：一次系统一次系统：由直接参与电能生产、变换、传：由直接参与电能生产、变换、传输和使用的设备及装置构成的系统被称为一次输和使用的设备及装置构成的系统被称为一次系统。系统。二次系统：对一次系统起测量、监视、控制和二次系统：对一次系统起测量、监视、控制和保护作用的系统被称为二次系统。保护作用的系统被称为二次系统。风力发电机风力发电机集电变压器、集电变压器、主变压器主变压器集电线路、集电线路、高压输电线路高压输电线路偏航电机、变浆电机、偏航电机、变浆电机、齿轮箱油泵、变流器、齿轮箱油泵、变流器、照明等。照明等。一、基本概念一、基本概念二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成风电场一次系统构成风电场一次系统构成 风电机组风电机组 集电系统集电系统 升压变电站升压变电站 厂用电系统厂用电系统二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成风电机组风电机组 风电机组依据风力机运行转速和发电机频风电机组依据风力机运行转速和发电机频率变化规律可分成：率变化规律可分成：恒速恒频笼式感应发电机恒速恒频笼式感应发电机变速恒频双馈感应式发电机组变速恒频双馈感应式发电机组变速变频直驱式永磁同步发电机变速变频直驱式永磁同步发电机 二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成恒速恒频笼式感应发电机恒速恒频笼式感应发电机优点：结构简单、成本较低、机组优点：结构简单、成本较低、机组运行转速变化范围小、发电机输出运行转速变化范围小、发电机输出交流频率近似恒定。交流频率近似恒定。缺点：采用定浆距失速控制，风轮缺点：采用定浆距失速控制，风轮不能根据风速变换调整转速，捕获不能根据风速变换调整转速，捕获风能的效率低。风能的效率低。二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成变速恒频双馈感应式发电机组变速恒频双馈感应式发电机组优点：效率高、可使用高速发优点：效率高、可使用高速发电机。电机。缺点：升速齿轮箱价格贵、噪缺点：升速齿轮箱价格贵、噪音大、易疲劳损坏。音大、易疲劳损坏。二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成变速变频直驱式永磁同步发电机变速变频直驱式永磁同步发电机优点：无齿轮箱、可靠性高。优点：无齿轮箱、可靠性高。缺点：采用低速发电机、体积缺点：采用低速发电机、体积大；使用变流设备，成本高。大；使用变流设备，成本高。二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成集电系统集电系统 作用作用：将风电机组生产的电能按组收集起来送入：将风电机组生产的电能按组收集起来送入升压站。分组采用位置就近原则，每组包含风机升压站。分组采用位置就近原则，每组包含风机数目大体相同，称为一个联合单元。数目大体相同，称为一个联合单元。 构成：构成：集电变压器（机组升压变压器）、集电线集电变压器（机组升压变压器）、集电线路构成。路构成。 集电系统环接方式集电系统环接方式：利用电缆线路将每一组的升压箱变高压侧的铜板母线利用电缆线路将每一组的升压箱变高压侧的铜板母线（母排）并联起来进行（母排）并联起来进行环接环接，并从某台机组升压变经，并从某台机组升压变经“T”接接头上线路。接接头上线路。“T”接方式。每台风机箱变输出均用接方式。每台风机箱变输出均用“T”接接头接入接接头接入集电线路。集电线路。集电线路走向总体与集电线路走向总体与风机分布平行。风机分布平行。可考性高。可考性高。简化接线。简化接线。二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成升压箱变高压侧的母排并联环接升压箱变高压侧的母排并联环接二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成集电线路集电线路二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成集电线路集电线路二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成 湖北利川齐岳山风电场一期工程湖北利川齐岳山风电场一期工程4回集电线路均回集电线路均采用电缆线路。采用电缆线路。架空线路架空线路结构结构导线导线避雷线避雷线杆塔杆塔绝缘子绝缘子用来传输电流，用来传输电流，输送电能输送电能使导线与杆塔使导线与杆塔之间保持绝缘之间保持绝缘把雷电流引入大把雷电流引入大地，保护线路绝地，保护线路绝缘，使其避免雷缘，使其避免雷电过电压的破坏电过电压的破坏支持导线和避雷线，并使带电支持导线和避雷线，并使带电体之间、带电体与接地体之间体之间、带电体与接地体之间保持必要的安全距离；保持必要的安全距离；金具金具固定、悬挂、连接和保固定、悬挂、连接和保护架空线路的元件护架空线路的元件二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成金具金具二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成悬垂线夹悬垂线夹 耐张线夹耐张线夹 防震锤防震锤电缆本体导电芯线导电芯线绝缘层绝缘层包护层包护层电缆电缆终端终端电缆电缆接头接头电缆线路电缆线路结构结构二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成箱式变电所箱式变电所 箱式变电站：是一种将高、低压开关设备、箱式变电站：是一种将高、低压开关设备、电力变压器及保护装置、表计等设备，按电力变压器及保护装置、表计等设备，按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式设备，即将受电、变电等功能户外紧凑式设备，即将受电、变电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，全封闭运封闭、可移动的钢结构箱体内，全封闭运行。行。二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成升升压压箱箱变变接接线线图图二、风电场一次系统构成二、风电场一次系统构成三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式电气主接线定义电气主接线定义 电气主接线电气主接线 由发电机、变压器、断路器等一次设由发电机、变压器、断路器等一次设备按功能要求，通过连接线连接而成的用备按功能要求，通过连接线连接而成的用于实现电能生产、汇集及分配的电路，又于实现电能生产、汇集及分配的电路，又称一次接线。称一次接线。 电气主接线图电气主接线图 用规定的图形及文字符号描绘主接线用规定的图形及文字符号描绘主接线的专用图。的专用图。三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式2、电气主接线分类、电气主接线分类 有母线接线有母线接线单母线接线单母线接线双母线接线双母线接线 无母线接线无母线接线桥形接线桥形接线角形接线角形接线单元接线单元接线三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式单母线接线单母线接线 优点：接线简单清晰，优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，设备少，操作方便，投资少，便于扩建。投资少，便于扩建。 缺点：可靠性和灵活缺点：可靠性和灵活性较差。（在母线和性较差。（在母线和母线隔离开关检修或母线隔离开关检修或故障时，各支路都必故障时，各支路都必须停止工作；引出线须停止工作；引出线的断路器检修时，该的断路器检修时，该支路要停止供电。）支路要停止供电。）三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式单母单母线分段线分段接线接线 与单母线相比运与单母线相比运行方式灵活、可行方式灵活、可靠性提高。靠性提高。双母线接线双母线接线 优点：可靠性高、优点：可靠性高、灵活性好。灵活性好。 缺点：检修出线缺点：检修出线断路器时仍需停断路器时仍需停电、导闸操作工电、导闸操作工作量大，易误操作量大，易误操作。作。三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式双母线带旁路接线双母线带旁路接线 检修出线断路检修出线断路器时，可保证器时，可保证不停电。不停电。三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式桥形接线桥形接线 内桥接线（图内桥接线（图a ）：）：适用于变压器不需要适用于变压器不需要经常切换、输电线路经常切换、输电线路较长、线路故障断开较长、线路故障断开几率较高、穿越功率几率较高、穿越功率较小的场合。较小的场合。 外桥接线（图外桥接线（图b ）：）：适用于线路较短、故适用于线路较短、故障几率较低、主变压障几率较低、主变压器按经济运行的要求器按经济运行的要求而需要经常切换，电而需要经常切换，电力系统有较大穿越功力系统有较大穿越功率通过桥断路器的情率通过桥断路器的情况。况。(b)三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式角形接线角形接线 检修任一断路器都不检修任一断路器都不中断供电。中断供电。 运行可靠性高运行可靠性高 任一断路器故障或检任一断路器故障或检修时，则开环运行。修时，则开环运行。 设备选择和继电保护设备选择和继电保护整定难整定难 。 不便于扩建和发展。不便于扩建和发展。三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式单元接线单元接线 接线简单清晰，电气设备少，配接线简单清晰，电气设备少，配电装置简单，投资少，占地面积电装置简单，投资少，占地面积小。小。 不设发电机电压母线，发电机或不设发电机电压母线，发电机或变压器低压侧短路时，短路电流变压器低压侧短路时，短路电流小。小。 操作简便，降低故障的可能性，操作简便，降低故障的可能性，提高了工作的可靠性，继电保护提高了工作的可靠性，继电保护简化。简化。 任一元件故障或检修全部停止任一元件故障或检修全部停止运行，检修时灵活性差。运行，检修时灵活性差。三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式升压变电站升压变电站三、风电场升压站主接线形式三、风电场升压站主接线形式四、风电场主要一次电气设备四、风电场主要一次电气设备风电场主要一次设备风电场主要一次设备 断路器断路器 隔离开关隔离开关 熔断器熔断器 负荷开关负荷开关 互感器互感器 避雷器、避雷针避雷器、避雷针四、风电场主要一次电气设备四、风电场主要一次电气设备避雷器避雷器 作用：限制过电压幅值。作用：限制过电压幅值。四、风电场主要一次电气设备四、风电场主要一次电气设备作业作业 简述集电线路作用及环接方式。简述集电线路作用及环接方式。 简述高压断路器作用及分类。简述高压断路器作用及分类。 电力系统常见一次设备有哪些？电力系统常见一次设备有哪些？ 电气主接线类型有哪些？电气主接线类型有哪些？谢谢谢谢