60MW陆地风电场箱变与升压站一次设备设计

1、摘 要 电网供电的稳定性与可靠性，对我国的经济发展具有重要的作用。作为既 是最清洁又是最丰富的能源之一，现在全世界都在广泛地开发风能。使用风能 发电，即将成为未来清洁能源的发展趋势。将风能变成电能，这个过程是通过 一种叫风电机的设备来实现转换的。接着电能会通过线路汇合流通到变电站， 在变电站里电压会被升到可以利用电网来进行传输的高电压，这个完整的一个 过程叫做变电。 对于陆地风电场箱变与升压站的现状，以及主变的选择方案，都进行了详 细的分析和研究，确定了主变容量、台数和型号。根据对原始数据的分析，以 及设计标准要求，计算出各项电气设备的参数，设计出了最优方案。对系统三 相短路电流进行了详尽的计

2、算和分析，根据发电厂的主变容量、运行方式对断 路器、隔离开关和互感器进行了详细地选择，对风电场和升压变电站内的电气 设备选型给出了详细的选择过程和参数计算，对风电场部分的发电机组、箱式 变压器等设备进行了计算和选型，最后绘制出陆地风电场箱变与升压站一次设 备设计的电气主接线图。 关键词：关键词：风电场；风力发电；电气主接线；变压器；短路电流 ABSTRACT The stability and reliability of power grid supply, as a role in Chinas economic develop. As one of energy sources, win

3、d energy develops around the world widely now. In the future, its the trend of use clean energy,for example: wind energy. The conversion of wind energy into electrical energy is accomplished by a device called a wind turbine. Then the electric energy will flow to the substation through the line. In

4、the substation, the voltage will be raised to the high voltage that can be transmitted by the grid. This complete process is called substation. For the status quo of land-based wind farm box change and booster stations, as well as the main transformer selection scheme, detailed analysis and research

5、 were carried out to determine the main transformer capacity, number and model. According to the analysis of the original data and the design standard requirements, the parameters of each electrical equipment are calculated and the optimal scheme is designed. The three-phase short-circuit current of

6、 the system was calculated and analyzed in detail. According to the main transformer capacity and operation mode of the power plant, the circuit breaker, the isolating switch and the transformer were selected in detail, and the electrical equipment in the wind farm and the boost substation was selec

7、ted. The selection process gives detailed selection process and parameter calculation. The calculation and selection of electrical equipment was carried out. Finally, draw the electrical main wiring diagram of the main equipment. Main wiring diagram. Key words: wind farm; wind power generation; elec

8、trical main wiring; transformer; short circuit current 目目 录录 摘摘 要要.I I ABSTRACTABSTRACT.IIII 第一章第一章 绪论绪论.1 1 1.11.1 选题的背景及意义选题的背景及意义 .1 1 1.21.2 国内外风电现状国内外风电现状 .1 1 1.2.1 国外现状.1 1.2.2 国内现状.1 1.31.3 风电的发展趋势风电的发展趋势 .2 2 第二章第二章 原始资料及其分析原始资料及其分析.4 4 2.12.1 原始资料原始资料 .4 4 2.22.2 主要设计内容主要设计内容 .4 4 第三章第三章 风

9、电场和升压站电气主接线风电场和升压站电气主接线.6 6 3.13.1 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求 .6 6 3.23.2 风电场电气主接线设计风电场电气主接线设计 .6 6 3.2.1 箱变主接线方案.6 3.2.2 集电线路方案.7 3.33.3 升压站电气主接线升压站电气主接线.8 8 3.3.1 35KV 进线 .8 3.3.2 110KV 出线 .9 3.43.4 小结小结 .1010 第四章第四章 变压器的选择变压器的选择.1111 4.14.1 升压站主变压器的选择升压站主变压器的选择 .1111 4.1.1 主变台数的确定.11 4.1.2 主变容量的计算与选择.1

10、1 4.1.3 变压器相数的选择.11 4.1.4 变压器绕组的选择.11 4.1.5 变压器绕组连接方式的选择.12 4.1.6 变压器调压方式的选择.12 4.1.7 变压器阻抗的选择.12 4.1.8 中性点接地方式的选择.12 4.1.9 升压站主变压器的冷却方式的选择.12 4.1.10 升压站主变压器各侧电压的选择.13 4.1.11 升压站主变压器型号的确定.13 4.24.2 箱式变压器的选择箱式变压器的选择 .1313 4.2.1 箱变台数的确定.13 4.2.2 箱变容量的计算与选择.13 4.2.3 箱变相数的选择.14 4.2.4 箱变绕组的选择.14 4.2.5 箱式

11、变压器绕组连接方式的选择.14 4.2.6 箱式变压器阻抗的选择.14 4.2.7 箱式变压器调压方式的选择.14 4.2.8 箱式变压器的冷却方式的选择.14 4.2.9 箱式主变压器各侧电压的选择.15 4.2.10 箱式主变压器型号的确定.15 4.34.3 小结小结 .1515 第五章第五章 短路电流计算短路电流计算.1616 5.15.1 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 .1616 5.25.2 各元件的计算各元件的计算 .1616 5.2.1 基准值的计算.16 5.2.2 各元件的标幺值的计算.17 5.2.3 故障示意图.17 5.35.3 短路电流的计算短路电流的计算

12、.1717 5.45.4 小结小结 .2424 第六章第六章 电气设备的配置与选择电气设备的配置与选择.2525 6.16.1 电气设备选择的条件电气设备选择的条件 .2525 6.1.1 电气设备选择的一般原则.25 6.1.2 电气设备的技术条件.25 6.1.3 电气设备的最高电压.26 6.26.2 电气设备的选择电气设备的选择 .2727 6.36.3 断路器的选型断路器的选型.2828 6.3.1 110KV 变压器回路断路器的选型与校验 .28 6.3.2 35KV 升压站断路器的选择 .29 6.3.3 35KV 集电线路断路器的选择 .31 6.3.4 0.69KV 断路器的

13、选择 .32 6.46.4 隔离开关的选型隔离开关的选型.3232 6.4.1 110KV 变压器回路隔离开关的选型 .32 6.4.2 35KV 升压站变压器回路隔离开关的选型 .33 6.4.3 35KV 集电线路隔离开关的选型 .34 6.56.5 接地开关的选型接地开关的选型.3535 6.66.6 导线的选择导线的选择 .3535 6.6.1 35KV 箱式变压器回路导线的选型 .36 6.6.2 35KV 升压站变压器回路导线的选型 .36 6.6.3 110KV 侧回路导线的选型 .37 6.6.4 集电线路回路导线的选型 .37 6.76.7 母线的选择母线的选择.3737 6

14、.7.1 35KV 升压站变压器回路母线的选型 .38 6.7.2 110KV 回路侧母线的选型 .38 6.86.8 电流互感器的选择电流互感器的选择 .3838 6.8.1 35KV 集电线路回路电流互感器的选型 .39 6.8.2 35KV 升压站变压器回路电流互感器的选型 .39 6.8.3 110KV 主变压器回路电流互感器的选型 .40 6.96.9 电压互感器的选择电压互感器的选择 .4040 6.9.1 35KV 母线上的电压互感器 .40 6.9.2 110KV 母线上的电压互感器 .41 6.106.10 低压避雷器的选择低压避雷器的选择.4141 6.10.1 0.69K

15、V 风电机组避雷器的选择 .41 6.116.11 高压避雷器高压避雷器 .4242 6.11.1 35KV 回路避雷器的选择 .42 6.11.2 35KV 集电线路侧的避雷器选择 .43 6.11.3 35KV 升压站主变侧的避雷器的选择 .44 6.126.12 小结小结 .4545 结束语结束语.4646 致致 谢谢.4747 参考文献参考文献.4848 附录附录 A A .5151 1 第一章 绪论 1.1 选题的背景及意义 煤炭是地球上分布广泛的化石燃料，现在中国的储存非常少，再加上环境 恶化也比较严重。天然气的储存量非常有限，不会花费很多去用于发电，所以， 核电发展受到许多的限制

16、。 本次设计研究的是风力变电站。风能是绿色和可再生能源，是我们生活中 随处可见的一种资源。风电机可以把风变成电，但是不稳定，所以需要变电站 将其稳定并升压过后，我们才能使用。 风力发电和传统电力设计，虽然两者原理一样，但是工程的实际设计不一 样。由于两者之间的差异，这些设计方法不一定适用于风力发电技术。中国正 在大力推进风电建设的发展，这是改善当前风电场设计技术混乱局面的契机。 1.2 国内外风电现状 1.2.1 国外现状 目前，在国际风能利用方面，理论研究和应用研究，都取得了重大进展 8，9。截至 2008 年底，欧洲风电装机容量约占全球风电装机容量的 70。2018 年，欧洲许多国家的风力

17、发电占本国总发电能力的 10以上10。 并且欧盟提出到 2020 年风电装机将达到 1.8 亿千瓦，发电量达到 4300 亿千瓦 时，分别占欧盟发电装机容量和发电量的 20%和 12%；2030 年风电装机容量要 达到 3 亿千瓦，发电量要达到 7200 亿千瓦时，届时分别占欧盟发电装机容量 和发电量的 35%和 20%11。 德国的风电设备制造业已经取代了汽车制造业和造船业，成为德国第一大 钢材用户，德国计划到 2025 年风电至少占总用量的 2512。此外，丹麦已经 成功地用风电来满足国内的电力需求，过去一直提倡核能运用的法国，也开始 制定长远规划来发展风能发电13。 欧美国家的风力发电设

18、计已经非常成熟，形成了相对全面，非常详细的风 电设计理论和规范。它包括风电设备的制造和安装，风电场的布线规范等的一 些标准。 风电工程设计经验也比较丰富，无论在设备制造还是设计理论方面都 是国际领先者14。 1.2.2 国内现状 虽然近几年，中国的风力发电产业急速发展,不过，中国的风力发电项目的 建设慢着。风力发电机等主要电气设备的制造技术比较落后。中国的风电工程 设计技术还不成熟，缺乏大中型风电厂的国内设计经验。有些设计机构即使有 相关的设计经验，也没有丰富的性能。另外，大规模的风力发电项目少，大部 分风电场的容量比较小。低利润，长时间和高成本，很多设计部门不想在加强 2 风电设计方面投入过

19、多的15-18。 因此，中国的风力发电设计现状比较混乱。许多风电厂的装置和解析是根 据以往的方法和电气输送的经验设计的。关于每个地区的每个单位应如何具体 设计，没有统一的概念19。在过去的项目中，由于设计不合理和考虑不充分， 在运行过程中也出现了一些问题。 此外，在电气设计和设备安装方面，国内的 一些法规，法规，概念和国外在一些使用进口设备的项目中引起了冲突。 但是， 中国没有相关的风电法规。也就是说，一个项目中有两种设计方法，存在整体 不协调的情况。 因此，改善和提高我国风电设计水准，已成为风电进一步发展的迫切要求。 中国的中西部地区，以及沿海地区，风力资源富裕，规模逐渐扩大。到 2015

20、年，我国风力发电设备总容量为 1455 GW，占全球 31%。仅 2015 年的一年， 新增容量为 30.5 GW，占世界近一半。这说明风力发电的发展是很迅速的。 2017 年，中国风电装机容量 166 万千瓦，累计装机容量达到 1.88 亿千瓦。 2017 年，中国的新型风力发电机占新增发电容量（2 MW 除外）的 7.3%，2 MW 风力发电机装机占新增国家容量的 59%，2 MW 到 3 MW（3 MW 除外）新安装机的 比率达到 85%，3 MW 到 4 MW 装置的安装容量达到 2.9%，4 MW 以上的比例达到 4.7%。 我国的风力资源充足，但风力发电企业的发展存在着很多的问题和

21、不足之 处：发电器械性能问题的不断爆发，企业经济状况的持续亏损，各个同行之间 的不正当手段使用的日益激烈。随着国家宏观调控，解决一系列制约风电企业 发展的问题后，风电行业将会蒸蒸日上。 1.3 风电的发展趋势 风能，是目前来说最环保最洁净的绿色能源之一。像比如说：能源结构的 优化、生态环境的改善、社会经济可持续和谐发展的促进，都是风能这个清洁 能源的优势，风能即将成为能源发展的潮流。在未来的发展中，风能在能源结 构中的比例将继续扩大，成为未来满足电力需求的重要能源20。 从风电设备技术的国际发展趋势来看，主要体现在驱动方式、体积大小以 及浆料力矩变化等方面。单机制造成本逐渐低，单机装机容量逐渐

22、增大。目前 市场上，通常是非同步发电机的双卷线构造（4 极/6 极），以双重速度驾驶， 在高风速区域，发电机以更高的速度运行，风能变得不能充分利用。近年来， 开发的变速风力涡轮通常使用双反馈发电机或多极同步发电机。最大限度利用 风能，提高风的运行效率。从风力涡轮机到发电机，有三个主要的驱动方法。 双馈式，直驱式，混合式。 混合动力设计旨在结合双馈和直接驱动装置的优点 而没有缺点，具有潜在性。 3 世界风电产业发展迅速，风力资源不断开发和利用。科技的不断进步发展， 技术的不断引进，风力发电现在还延伸到了海上发展，风能作为可再生能源的 代表，发展地位日益稳定。 第二章 原始资料及其分析 2.1 原

23、始资料 某内陆地区风力发电场，装设单机容量 3MW 的风力发电机组 25 台，每台 经箱式变升压到 35kV，利用集电线路送至风电场升压站 35kV 母线，再经升压 变升至 110kV 接入系统，风力发电机参数为 3 MW,690V，cos=0.95,=14%；风电发电机距升压站平均距离为 15km。18d X 注：计算短路电流时，假设系统 110kv 和风力发电机为大型系统，不受限制。 表 2.1 环境条件 序号名 称单位环境条件 最高气温 +40.7 最低气温 -401 周围空气温度 最大日温差 K25 2 海拔 m 2500 3 太阳辐射强度 W/cm20.1 4 污秽等级 5 覆冰厚度

24、 mm10 6 风速/风压 m/s / Pa35/700 日相对湿度平均值 95 7 湿度 月相对湿度平均值 % 90 8 耐受地震能力（水平加速度） m/s20.2g 2.2 主要设计内容 根据任务书要求，探讨某内陆地区风力发电厂基建工程的可行性并设计合 适的方案。主要如下： 1、主接线方案 主接线形式依据负荷情况、电压等级、主变的台数等拟定变电站，还要考 虑到所用到方案的资金问题以及技术问题。结合所有因素，才能确定最后的主 4 接线方案。 2、主变压器 依据容量、相数、过载能力、绕组数、阻抗、连接方式等来选择变压器。 3、计算短路电流 在三相系统中，要想完成短路电流的计算，通常都是使用三相

25、短路的方法 来解决。画出简化后的等值阻抗图，并对不同回路侧的各个短路结点进行计算， 画出各个点的等值电抗图，便于计算。 4、电气设备的选型 我们选择电气设备时，都是要结合对额定电压、额定电流、额定开断电流 等部分的计算来选择，而且还要检验电气设备的热稳定性以及动稳定性，才能 最终确定电气设备的正确型号。 5、绘图 采用计算机 CAD 绘制风电站电气主接线图。 5 第三章 风电场和升压站电气主接线 电气主接线，还可以说是电气一次接线图，其作为发电厂、变电所、电气 系统中，也就是电气设计的主要部分。变电站的主要接线形式根据负载条件， 电压等级，输出电路数量和主变压器数量制定。箱式主接线有一机一变和

26、多机 一变两种方案；集电线路主接线有：架空和电缆；单元接线和单母线接线，这 两种接线方案是升压站的主接线方式。在经过经济方面，以及技术问题的比较 后，就会确定最终的电气主接线方案。 3.1 电气主接线的基本要求 电气主接线的基本要求：可靠性、灵活性、经济性。 3.2 风电场电气主接线设计 根据任务书中所列风电场现状和电气主接线的设计原则和规划，本章针对 风电场规划的单机容量 3MW 的风力发电机组 25 台，即总共 75MW 的容量项目。 3.2.1 箱变主接线方案 箱式变压器主接线形式的对比： 表 3.1 方案的对比 方案一机一变多机一变 优点接线简单、便于操作，方便安装。当线 路发生故障或

27、者对设备进行维护时，对 其他正常运行的部件没有影响。 本方案所需设备的数量比第一种方案少， 所以占用的地面面积就相对较少，所花 费的金额也就少的多。 缺点方案所需设备数量大，占用的地面面积 也就大，经济性较差。 当风电机组或箱变发生故障时，对其他 风电机组有影响。 由两种方案的对比表格中的内容，我们可以清晰地看出，方案一相对于方 案二来说，接线更为简单，安装和操作也是方便了，而且可靠性也是比较好的， 而且在检修维护时，不会影响正常运行的部件进行日常工作。综合考虑到经济 问题还有可行性的方面，箱式变压器的主接线方式选择方案一：“一机一变”。 下面的图 3.1，就是根据方案一，最后设计出的箱式变压

28、器的主接线图。 6 图 3.1 箱式变压器主接线图 3.2.2 集电线路方案 1、结合 4GB 51096 - 2015 风力发电场设计规范 这一资料中的规定，集电 线路方案要符合的规定如下 5 条 ： （1）根据风力发电场的大小和使用 1035kv 变压器的条件，确定集电线路 的电压水平； （2）一般来说，架空线路的形式，还是集电线路用的比较多的； （3）不适合架空形式的应采用直埋电缆形式。需跨越地上附着物，可结合 使用两种方案。 （4）需对机组进行分组，每组共用一条线路接入到升压站。 （5）路径的确定是靠线路所在地点来决定的，也就是说我们需要考虑到这 条线路所处位置的环境条件。 2、架空和

29、电缆的选择 结合上述规定，我们可以选出两种方案：方案一是架空线路，方案二是电 缆线路。两者之间的不同，如下表 3.2 所示： 7 表 3.2 架空线路与电缆线路 方案架空电缆 优点 发生故障可及时修复，可靠性较高。 在导线截面相同的条件下，架空导线 的载流量大于电缆的载流量。只需少 量根数的架空线路就能将 25 台风电 机产生的电能输送到升压站，无形中 减少了投资费用。 电缆埋在土壤中，外界的天气情况各种 环境因素对其的影响较小，可靠性较高。 缺点 输电线路完全暴露在空气中，受外界 环境影响较大，可靠性降低。 因为电缆埋在地下，发生的故障比较难 修复，降低了可靠性。在导线截面积相 同的情况下，

30、方案二比方案一的载流量 小的多，所需数量就要多一些，经济性 较差。 经济性35kV 架空线路大约 30 万元一公里35kV 电缆大约 50 万元一公里 通过上表进行对比，选择架空线路。 3、集电线路的接线方案 上面我们已经选定了集电线路的方案，最终确定的是架空线路。接下来将 进行分组。根据论文资料的原始数据可以知道，本文设计的风力发电机组的总 数是 25 台。 集电线路，一般我们在风电场中的设计，往往将风电机组分为每组 3 到 10 台不等的机组，集电线路就是将这些机组的电能进行汇聚。由于一台风电机组 要配备一个集电变压器，这些集电变压器要统一安放在箱式的变电所中，集电 变压器将电力汇聚在电缆

31、中，以实现多风电机组的并联运行。 根据给定的原始数据来看，单个一台容量为 3MW 的风力发电机，需要安装 25 台。每一台风力发电机，经过箱式变压器升压到 35kV，然后会利用集电线路 将此送至风电场升压站侧的 35kV 母线上，最后将电压通过升压变压器的作用下， 提升至 110kV 后接入系统。结合考虑到 35kV 电压等级和机组数量，可确定箱式 变压器高压侧汇流母线的电能输送容量。这里可将厂内的 25 组风电机组分成 2 组，第一组包含 12 台风电机组，第二组 13 台风电机组，35kV 侧的母线架设方 式为架空管母，能保证每台机组都能并列连接运行。 3.3 升压站电气主接线 3.3.1

32、 35kV 进线 本期工程 2 回进线，每回进线包含若干台风电机组，第一回包含 12 台风电 机组，第二回 13 台风电机组，35kV 侧的母线架设方式为架空管母，能保证每 8 台机组都能并列连接运行。考虑到远期改造的灵活性，这里 35kV 侧设计为单母 线分段的接线方式。 前一回进线连接主变压器 35kV 低压侧 I 段母线，第二回进线连接主变压器 35kV 低压侧 II 段母线，两段之间设联络开关。高压厂用段之间切换采用快速 切换装置，低压厂用电源切换采用普通备自投装置。 图 3.1 单母线分段接线 3.3.2 110kV 出线 变压器的电压通过变压器增加 110 千伏，110 千伏的母线

33、通过两条 110 千 伏的线连接到系统变换站。根据任务书的描述，一线一变得单元结构可用桥型 接线方式。 图 3.2 内桥型接线方式 35kV 进线本期工程 2 回进线，每回进线包含若干台风电机组，第一回包含 12 台风电机组，第二回 13 台风电机组，35kV 侧的母线架设方式为架空管母， 9 能保证每台机组都能并列连接运行。考虑到远期改造的灵活性，这里 35kV 侧设 计为单母分段的接线方式。前一回进线连接主变压器 35kV 低压侧 I 段母线，第 二回进线连接主变压器 35kV 低压侧 II 段母线，两段之间设联络开关。高压厂 用段之间切换采用快速切换装置，低压厂用电源切换采用普通备自投装

34、置。 110kv 线通过变压器将变压器的电压增加到 110kv，并且母线 110kv 通过 110kv 线与系统变电站连接。根据任务书的描述，一线一变得单元结构可用桥 型接线方式。 3.4 小结 该 35/110kV 升压变电站一次主接线图如下图所示： 图 3.3 35/110kV 升压一次主接线图 10 第四章 变压器的选择 变压器是各级变电站都不可或缺的电气设备，它不仅能够实现对电压大小 的变换，还能够为用户输送功率，另外随着电压系统负荷的不断上升，变压器 还会以未来几年内对电力系统的规划分析为依据，对其进行合理选取，如果选 取不够合理，则将存在着经济技术方面的缺陷。 风电场是一个变电站电

35、压，在台风中收集和分配发电机的电能。风力发电 机产生的电压从 kv 到 35kv 到 110kv，再到电网。因此本设计有两个主变压器， 变压器是一种箱式变压器，另一种是升压泵站变压器。本章选择了主变压器的 数量、容量、相位、线圈数、连接方式、阻抗、电压控制方法和冷却方式。 4.1 升压站主变压器的选择 4.1.1 主变台数的确定 根据图 3.2 升压站主线的要求，为变压器选择的数目为 1。 4.1.2 主变容量的计算与选择 主变压器的容量等于 25 个发电机的总容量，即发电机端子的容量。 （4-1）kVA pn S78950 95 . 0 253 cos 选择能储存容量 90000kVA 的变

36、压器。 4.1.3 变压器相数的选择 主变压器的相数：三相和单相。三相变压器适用于低于 330 千伏的风电场，单相 变压器，不容易安装，相位变换器过大。 如果运输条件不会对相数的选取造成影响，则对于小于 110kV 的发电厂而 言，应对三相变压器进行选取。然而在对主变压器相数的选取过程中，需以变 压器的实际设计情况以及发电厂的基本数据为依据来完成对相数的选取。 设计电压为 110 千伏，容量为 90 兆伏，选择了三相变压器。 4.1.4 变压器绕组的选择 根据卷绕线的数量，可以将两个线圈、三个线圈分成自动连接，系统中有多个电压级 别，并且您可以选择多个卷绕变压器，当设备容量超过 200 兆瓦时

37、，三个线性变压器不会 产生。通常不使用。 相比于三绕组变压器，一台双绕组变压器的制造成本更为低廉，且所运用 到的辅助以及控制设备更为简单。为了更加方便地进行运行维护，能够灵活地 11 实现安装调试过程，确保每个操作都能够使继电保护需求得到满足，不仅能降 低工作量以及减小土地资源的占有量，同时尽可能地降低制造以及运行成本， 同时本文设计电压等级 110kV/35kV，选择双绕组变压器。 4.1.5 变压器绕组连接方式的选择 一种连接两个线圈的方法，其中星和三角形分别由 Y 符号和 D 符号表示， 系统的电压相位必须与选定的传输线类型相对应。从而才可实现并联运行。 当发电厂的电压等级大于 110k

38、V 时，一般会对星形连接方式的变压器绕组 进行选取，而当电压等级在不超过 35kV 的情况下，一般会以角形连接方式的变 压器绕组进行选取。 电压电平大于 110kv 选择 NY 连接模式以获得中性点。 35kV 侧可选择三 角形连接方式，这样可消除三次谐波对发电机组带来的影响。110kV 侧选择 YN0 的星型联结方式。 4.1.6 变压器调压方式的选择 在电网的运行过程中，任何部位的电压值都需时刻控制在电网最高电压以 下，一般情况下，发电厂一次侧母线的电压值应被控制电网额定电压的 95%100%以上。 无载调压以及有载调压是两种不同的调压方式。其中无载调压无法实现负 荷切换，一般情况下，5%

39、为其调压范围，而有载调压则具备负荷切换能力， 调整范围较大，最高可达 30%。 根据电力工程电气设计手册第 5-3 节中主变压器电压调节方法的选择， 对于 110kV 及以下的变压器，建议考虑使用至少一个电压的变压器采用有载电 压 监管模式。本次设计的升压站的电压为 110kV，作为输出电源，具有较大的 电压波动性，为了保证电压质量，选择有载调压方法。 4.1.7 变压器阻抗的选择 对于普通的双绕组变压器，根据通常的标准选择该值。110 千伏的旁路变压器 根据风力发电系统的典型设计，为升压站变压器找到了 10.5%的阻抗值。 4.1.8 中性点接地方式的选择 变压器的中心点的选择与电力系统在电

40、网上的安全操作、系统的可靠性、 系统的配置以及故障时的短路有关。高压系统超过 110 千伏选择接地。这种方 法也称为高电流接地方法。其主要优点是：减少保温投资；因为当主变压器改 变时，中性点电压是单相接地的。在零电压下，正常工作相电压可保持恒定， 从而减少故障期间对系统设备的损坏。 4.1.9 升压站主变压器的冷却方式的选择 变压器的冷却方式有以下几种： 1、天然风冷却（适用于容量小于 110 千伏的小型变压器的低于 31500 千 12 伏安、低于 35000 千伏安和低于 50000 千伏安）； 2、强制性油循环风力冷却器（适用于 50 000 至 90 000 千伏和 220 千伏 的大

41、容量变压器）； 3、强制性油循环液压制冷（适用于 220 千伏以上和 60 兆瓦以上的变压器） ； 4、强制油循环风冷（750000 千伏安以上，110 千伏安以上，120000 千伏 安以上，2200KV 以上，330 千伏安和 500 千伏安大容量）； 5、通过强制转向油循环冷却水（成本小，散热高）。 该变压器为 110 千伏。由于需要通过冷却空气来浸没油，因此选择了浸没气泡 空气冷却变压器。 4.1.10 升压站主变压器各侧电压的选择 当将一定电压电平用作电源时，线路端的电压调节电压损失为 5%，而侧向电压 水平为 105%，以达到线路端的电压质量。其中，根据栅极电压确定侧电压，因 此，

42、低电压侧的 35 千伏线圈电压为 37 千伏，高压侧的 110 千伏线圈电压为 115 千伏。 4.1.11 升压站主变压器型号的确定 最后，选择了 SF 8-90 000 千伏安/110 千伏安负载调节变压器。 表 4.1 升压站变压器的参数 4.2 箱式变压器的选择 4.2.1 箱变台数的确定 根据 GB 51096-2015 年风力发电场设计标准，风力发电厂和子发电厂应采用 两阶段办法。该模式由 25 个风力发电厂组成，需要 25 个子发电厂，因此需要 25 个变压器箱。 4.2.2 箱变容量的计算与选择 应根据风力发电机的额定视在功率选择箱式变压器的容量。 额定视在功率： （4- co

43、s P S 额定电压（kV） 型号 额定容量 （kVA）高压低压 阻抗电压 （%） 连接组别 SF8-90000kVA/110kV900001102*2.5%3710.5YNyn0d11 13 2） S视在功率 P额定功率，单机容量 功率因数cos 计算： MWP395. 0cos MW P S16. 3 95. 0 3 cos 考虑到选定的箱式变压器必须具有一定的灵活性，箱式变压器的容量视情 况而定为 4 兆瓦，每台箱式变间隔距离为 30m。 4.2.3 箱变相数的选择 主变压器的相位通常分为三个相位和一个相位，三相变压器适合于低于 330 千 伏的风力场，单相变压器包是成本和重量，因此很难

44、发挥作用。这一侧面的电 压为 35 千伏，采用三个相位。 4.2.4 箱变绕组的选择 根据卷绕线的数量，可以将两个线圈、三个线圈分成自动连接，系统中有多个电压级 别，并且您可以选择多个卷绕变压器，当设备容量超过 200 兆瓦时，三个线性变压器不会 产生。通常不使用。 箱式变压器的额定电压为 0.69 千伏/35kv，选择双绕组变压器。 4.2.5 箱式变压器绕组连接方式的选择 一种连接两个线圈的方法，恒星和三角形分别由 Y 和 D 符号表示，变压器线圈 的连接必须与系统电压相匹配。T 由 YN 连接，35 千伏 Y 连接，大多数中性点通 过电弧连接到地球，在电压小于 35 千伏的情况下，变压器

45、线圈连接到 Delta.35 变压器的低电压侧电压为 0.69 千伏，连接到三角洲。高压侧电压 Y 型连接，中性点与电弧环接地，因此线圈连接的方法是 DYN-11。 4.2.6 箱式变压器阻抗的选择 35.KV 旁路变压器根据“风力场电力系统典型设计”回收，盒式变压器的阻抗 值为 6.5%。 4.2.7 箱式变压器调压方式的选择 机器变压器是根据 GB 51096-2015 风力场设计规格选定的，没有磁性调节变压 器。 4.2.8 箱式变压器的冷却方式的选择 变压器的冷却方式有以下几种： 14 1、天然风冷却（适用于容量小于 110 千伏的小型变压器的低于 31500 千 伏安、低于 3500

46、0 千伏安和低于 50000 千伏安）； 2、强制性油循环风力冷却器（适用于 50 000 至 90 000 千伏和 220 千伏 的大容量变压器）； 3、强制性油循环液压制冷（适用于 220 千伏以上和 60 兆瓦以上的变压器） ； 4、强制油循环风冷（750000 千伏安以上，110 千伏安以上，120000 千伏 安以上，2200KV 以上，330 千伏安和 500 千伏安大容量）； 5、通过强制转向油循环冷却水（成本小，散热高）。 因此，本次设计的箱式变压器采用自然风冷模式。 4.2.9 箱式主变压器各侧电压的选择 如果将一定电压电平用作电源，以达到线路端的电源电压的质量，线路端的电

47、压对准电压损失为 5%，并且根据对准电压的 105%确定侧电压电平。侧为负载端， 侧电压根据栅极电压确定，风力涡轮机的额定电压为 0.69 千伏，侧电压为 0.69 千伏，侧电压为 35 千伏，侧电压为 37 千伏。 4.2.10 箱式主变压器型号的确定 选择 S11-4000/35kV 型号的无励磁调压变压器。 该变压器的参数如下： 表 4.2 箱式主变压器的参数 4.3 小结 本章节，选择主变压器和增压站盒式变压器的数目、容量、相位、线圈和连接 模式、阻抗、电压调节模式、冷却模式和侧电压。 变压器型号： 升压站主变压器：SF8-90000kVA/110kV； 箱式变压器：S11-4000/

48、35kV。 额定电压（kV） 型号 额定容量 （kVA）高压低压 阻抗电压 （%） 连接组别 S11-4000/35kV4000352*2.5%3.156.5Dyn11 15 第五章 短路电流计算 在电气系统中，短路现象时有发生，短路指的是各项之间或者项与地之间 所发生的不正常接触，从而形成的不必要的通路的现象27。 本章节的内容，是对短路电流来进行计算的。首先，计算基准电流值， 然后计算主变压器、箱式变压器、风电机组、集电线路，以及系统电抗的标 幺值，进而根据一系列数据，最后计算了短路电流以及短路冲击电流。 5.1 计算短路电流的目的 1、根据上一章的内容和以下计算的短路电流来确定电流限制装

49、置。 2、选择并安装用于消除短路屏障的保护装置； 3、在短路情况下减少对电气设备的损坏； 4、根据计算，选择适合于热和动态稳定性的装置。 5.2 各元件的计算 5.2.1 基准值的计算 1、基准容量：MVASj100 2、基准电压：，kVU j 72 . 0 69 . 0 kVU j 37 35 kVU j 115 110 3、基准电流分别为： （5-A U S I j j j k187.80 72. 03 100 369 . 0 69. 0 1） （5-kA U S I j j j 56 . 1 373 100 335 35 2） （5-kA U S I j j j 502. 0 1153

50、100 3110 110 16 3） 4、系统的最大短路电流：0kA 计算基本条件，如下： 表 5.1 短路电流的基本条件 元件主要参数 风电机组单机容量=3MW =0.95 =14% e Pcos d X 箱式变压器额定容量=4000kVA 短路阻抗=6.5 xb S %d U 升压站变压器额定容量=90000kVA 短路阻抗=10.5 zb S %d U 集电线路35kv 架空线路 30km 5.2.2 各元件的标幺值的计算 1、升压站主变压器的电抗标幺值： （5-12. 0 90 100 100 5 . 10 100 % * zb j d zb S S U X 4） 2、箱式变压器的电抗

51、标幺值： （5-625. 1 4 100 100 5 . 6 100 % * )253,2, 1( xb j d S S U X nxbn 5） 3、风电机组的电抗标幺值： （5-43 . 4 95 . 0 3 100 100 14 cos100 * )253,2, 1( e j d P S X X ngn 6） 4、集电线路的电抗标幺值： （5-438 . 0 37 100 154 . 0 22 * )2, 1( j j LnLn U S LxX 7） 5、系统的电抗标幺值： 系统侧提供的最大短路电流为 0 kA，即 s X 5.2.3 等值阻抗图 17 风电场等值阻抗图，如下图所示： 图

52、5.1 等值阻抗图 5.3 短路电流的计算 如图 5.1D-1、D-2、D-3 和 D-4 所示，D-1 短路点是 110 千伏、35 千伏总线部 分 D-2、集成电路终端 D-3 和发电机终端 D-4 的输出部分。 1、d1 处的短路电流计算 （5-ssdXX * 1 * 8） （5-9） * 2 * 2 * 1 * 1 * 1 )/()( zbLGLGgd XXXXXX （5- )/(/)/()( * 12 * 12 * 2 * 2 * 1 * 1 * 1xbgxbgxbgG XXXXXXX 10） （5- )/(/)/()( * 25 * 25 * 14 * 14 * 13 * 13 *

53、 2xbgxbgxbgG XXXXXXX 11） 得到： 18 * 1ssd XX 466 . 0 * 1G X 433 . 0 * 2 G X 564. 0 * 1 gd X d1 处，短路时的等值阻抗图如图 5.2： 图 5.2 d1 处的等值阻抗图 系统侧提供： 短路电流： （5- kA X I I sdk j sdk 0 502. 0 1 * 110 1 12） 短路冲击电流： （5- kAIisdk sdsh 055 . 2 1 1 d1 sdX1 * gdX1 * #1-25 风电机组 19 13） 风电机组提供： 短路电流： （5- kA X I I gdk j gdk 89 .

54、 0 502 . 0 1 * 110 1 14） 短路冲击电流： （5- kAIigdk gdsh 27. 255 . 2 1 1 15） 即 d1 处： 短路电流 （5-16） kAIIIgdksdk dk 89. 011 1 短路冲击电流 （5-17） kAiiigdshsdsh dsh 27 . 2 11 1 2、d2 处的短路电流计算 （5-18） * 2zbssd XXX （5-19） )/()( * 2 * 2 * 1 * 1 * 2LGLGgd XXXXX 得到： 12 . 0 * 2zbssd XXX 444 . 0 * 2 gd X d2 短路时的等值阻抗图如图 5.3： 2

55、0 图 5.3 d2 处的等值阻抗图 系统侧提供： 短路电流： （5-20） kA X I I sdk j sdk 0 56. 1 2 * 35 2 短路冲击电流： （5- kAIisdk sdsh 055. 22 2 21） 风电机组提供： 短路电流： （5- kA X I I gdk j gdk 514 . 3 444 . 0 56 . 1 2 * 35 2 22） 短路冲击电流： （5- kAIigdk gdsh 961 . 8 55 . 2 2 2 23） 即 d2 处： 21 短路电流 （5- kAIIIgdksdk dk 514. 322 2 24） 短路冲击电流 （5- kAii

56、igdshsdsh dsh 961 . 8 22 2 25） 3、d3 处的短路电流计算 （5-26） * 1 * 2 * 2 * 3 )/()( LLGzbSsd XXXXXX （5-27） * 1 * 3Ggd XX 得到： 438 . 0 * 3 sd X 466. 0 * 1 * 3 Ggd XX d3 短路时的等值阻抗图如图 5.4： 图 5.4 d3 处的等值阻抗图 22 系统侧提供： 短路电流： （5-28） kA X I I sdk j sdk 562 . 3 438. 0 56 . 1 3 * 35 3 短路冲击电流： （5-29） kAIisdk sdsh 083 . 9

57、55. 23 3 风电机组提供： 短路电流： （5-30） kA X I I gdk j gdk 348 . 3 466 . 0 56. 1 3 * 35 3 短路冲击电流： （5-31） kAIigdk gdsh 537 . 8 55 . 2 3 3 即 d3 处： 短路电流 （5-32） kAIIIgdksdk dk 91. 633 3 短路冲击电流 （5-33） kAiiigdshsdsh dsh 62.1733 3 4、d4 处的短路电流计算 （5-34） * 1 * 12 * 12 * 3 * 4 )/( xbxbgsdsd XXXXX （5-35） * 1 * 4ggd XX 得到

58、： 033 . 2 * 4 sd X 43 . 4 * 1 * 4 ggd XX d4 短路时的等值阻抗图如图 5.5： 23 图 5.5 d4 处的等值阻抗图 系统侧提供： 短路电流： （5- kA X I I sdk j sdk 443.39 033 . 2 187.80 4 * 69. 0 4 36） 短路冲击电流： （5- kAIisdk sdsh 58.10055 . 2 4 4 37） 风电机组提供： 短路电流： （5- kA X I I gdk j gdk 1 . 18 43 . 4 187.80 4 * 69 . 0 4 38） 短路冲击电流： （5- kAIigdk gdsh

59、 155.4655. 24 4 24 38） 即 d4 处： 短路电流 （5- kAIIIgdksdk dk 543.5744 4 40） 短路冲击电流 （5- kAiiigdshsdsh dsh 735.14644 4 41） 计算结果的整理，如下表所示： 表 5.2 4 个短路点的计算结果 5.4 小结 本章节，通过给定的原始数据，计算了升压站主变压器、箱式变压器、风 电机组、集电线路，以及系统的电抗标幺值。最后结合所画出的等值阻抗图， 计算出各个结点处的短路电流、短路冲击电流。 k I sh i 短路电流值短 路点 d1 110kV d2 35kV d3 集电线路 d4 风电机组 短路电

60、流 k I 0.89kA3.514kA6.91kA57.543kA 短路冲击电流 sh i 2.27kA8.961kA17.62kA146.735kA 25 第六章 电气设备的配置与选择 电气设备的选择是电气设计的主要组成部分之一。合理选择合适的设备以满足 主要布线和安全经济运行的电力分配设备的要求。根据实际建筑条件及安全和 可靠性条件，z 适当的调节电流、调节电压、调节电容、机械负荷、调节开启 电流、绝缘电流等。最终选择了最佳的电气设备。 6.1 电气设备选择的条件 6.1.1 电气设备选择的一般原则 （1）根据标准操作条件，视额定电压、额定电流和电气设备的自然环境而定; （2）应根据当地的