3MW风电机组升压变压器高压侧接线形式的探讨

2012-06-28张玮，胡静

电力勘测设计 2012年6期

张玮，胡静

(华北电力设计院工程有限公司，北京 100120)

风电场的大规模化和风电机组单机容量的提高，已是风力发电规划发展和开发研究的必然趋势。我国海上风电项目的建设，已将2.5MW、3MW的风电机组推向市场，并拥有了一定的运行经验。随着近两年中国零部件产业链供求趋于平衡，风电机组造价稳中有降，更多风电项目的投资者和建设单位，青睐于提高风资源利用率、降低综合投资和提高发电收益的明显优势，国产陆上风电机组的主流机型已经从单机容量1.5MW～2MW逐渐向2.5MW～3MW过渡。

国家电网公司《风电场电气系统典型设计——第二册变电部分》(以下简称“典设”)对风电机组高低压侧设备配置中升压变压器高压侧(35kV侧)有如下要求：对于2MW及以下容量的风电机组，采用负荷开关与熔断器组合方式；对3MW容量及以上风电机组，采用真空断路器形式。

本文将针对风力发电机组箱式变电站高压侧采用断路器和负荷开关与熔断器的两种接线形式进行比较和探讨。

1 传统风电机组变压器配置接线

与常规火电机组的布置特点相比，风电场占地面积大、风电机组单机容量小、布置分散，数量较多，风机通常均采用一机一变的接线形式就地升压至35kV，多台风电机组通过集电线路并联汇集后送至风电场升压管理站。因风电场的布置特点不方便从管理站接取操作电源，故传统的风电机组升压变压器高压侧通常采用负荷开关和熔断器进行保护，如图1所示。其接线形式简单、可靠并可与变压器按美式箱变的结构紧凑布置，节约占地。

图1 高压侧配置负荷开关和熔断器的机组变接线示意图

2 3MW风电机组变压器典型配置接线

前些年受熔断器选型限制，我国3MW级以上的大型风电机组，升压变压器高压侧通常按真空断路器的型式配置。因为35kV熔断器的额定电流仅能做到50A～63A，无法满足3000kVA变压器的使用要求，接线示意见图2。

此种接线在升压变压器的高压侧配套了断路器，相应配置了完善的三段式保护等二次保护功能，并通过光缆上传全部断路器就地设备的状态参数，可进行远方操作。但同时也带来了占地面积大，只能应用于安装复杂的欧式箱变结构内，直流操作电源无法解决等诸多问题。

3 负荷开关和熔断器在3MW机组升压变压器中应用的可行性

图2 高压侧配置真空断路器的机组变接线示意图

随着科学技术的不断发展和市场需求的不断扩大，在2011年前后，国内各大电力设备生产厂商纷纷推出了适用于3000～3500kVA 容量的80A级的全范围插拔式熔断器，并通过了相关检测，使得3MW级风电机组采用负荷开关和熔断器组保护成为可能。其安秒特性曲线见图3。

图3 熔断器安秒特性曲线

由图3可知，80A全范围熔断器的过载保护和短路保护的特性完全可以满足3000kVA变压器的过流和速断保护要求。

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062－2008)关于“电力变压器的保护”中规定： “电压为10kV的重要变压器或容量为2MVA及以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜采用纵联差动保护。”

因此，容量为3MW的箱式变电站，采用熔断器组合电器作为速断保护满足继电保护规范要求。

4 技术经济比较

作为大容量变压器的保护设备，断路器完善的保护功能优点显著，但不论变压器事故跳闸或熔断器熔断后都必须由值班人员到现场检查变压器后，才可合闸送电，事故处理方式上二者是一样的。从运行经验上看，负荷开关和熔断器方案在箱变故障时能迅速切断电源，没有误动作可能性，火灾事故也很少发生，安全性不比断路器保护跳闸差，在风电场已有多年使用经验，保护能力完全能够满足规范要求和现场需求。

从布置上看，采用真空断路器的配置形式，需要相应配置继电保护、蓄电池组等二次设备，带来箱变布置复杂、占地面积大，还要考虑保温等诸多问题。而采用全范围插拔式熔断器配合负荷开关的配置，使得3MW级变压器可以采用传统的美式箱变的紧凑型全密封结构，更有利于箱式变电站的安装。

从经济性分析，配置真空断路器的升压变压器，比配置熔断器组合电器至少高出约4～5万元，相当于单台箱式变电站总价的20%左右。因此，使用熔断器组合电器的配置形式在经济性上具有明显优势。