四更风电场应急柴油发电机供电系统优化

陈国统

（中海油新能源东方风电有限公司， 海南 东方 572600）

1 四更风电场概述

四更风电场安装24台风机，由4条集电线路组成，应急柴油发电机均能够正常供电给1号、2号、3号集电线路，但4号集电线路较长，产生的无功较大，由于消纳电缆线路产生的无功，导致柴油发电机输出电源无法供给4号集电线路。为确保4号集电线路风机带电偏航，达到防台效果需要以下措施：在原有柴油发电机、应急变压器等系统配置的基础上，增加SVG无功补偿成套设备装置的优化策略，调节应急变压器低压侧的功率因数及母线电压，在110 kV线路失电的情况下，实现4号集电线路带电。

2 应急柴油发电机供电系统优化

2.1 优化思路

应急柴油发电机供电优化系统由一台800 kW柴油发电机、一台1000kW应急变压器、一套1200 kVar静止型无功发生器及成套开关设备组成。柴油发电机通过开关设备供电给应急变压器，应急变压器升压后通过开关设备供电给33 kV母线，再通过连接母线的集电线路开关装置给风机供电[1]。四更风电场共有4条集电线路，分别为1号、2号、3号和4号集电线路，每条集电线路带有6台风机，如图1所示。

图1 四更风电场应急柴油发电机供电系统示意图

2.2 基本原理

SVG通过电抗器并联在电网上，通过调节SVG交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使电路吸收或者发出满足要求的无功电流，其无功电流可以快速地跟踪负荷无功电流的变换，自动补偿电网所需要的无功功率。

3 应急柴油发电机供电系统优化策略

应急柴油发电机供电系统可根据SVG成套设备装置安装方式不同有两种优化方案[2-3]：

1）应急柴油发电机供电系统增加一套由33 kV控制柜、SVG变压器、充电箱和功率柜组成的SVG成套设备装置，通过1台断路器连接在33 kV母线上进行供电优化，SVG补偿容量为1.2 MVar。四更风电场对该方案进行调试，应急柴油发电机送电后，合上应急变柴油机断路器低压侧进线0002开关冲击变压器的同时，柴油机出口断路器0004开关跳闸，经过分析判断是变压器发生涌流导致。通过更改保护装置参数可避免涌流问题，但存在一定的风险，且安装此套SVG的主要目的是调节应急变压器低压侧的功率因数及母线电压，即主要控制目标是柴油发电机所在的400 V母线，而若SVG设备接于33 kV母线，对控制目标起到的抑制作用不明显。

2）应急柴油发电机供电系统增加由SVG控制柜、开关柜、功率柜和充电柜组成的SVG成套设备装置，SVG补偿容量为1.2 MVar，安装于柴油发电机应急变低压侧400 V母线上进行供电优化。四更风电场对该方案进行了调试,柴油发电机送电后，SVG投入运行进行补偿，给4号集电线路送电，并进行了1号、2号、3号风机偏航。当进行4#风机环网柜合闸时，应急变柴油机断路器3307开关突然跳闸，保护装置显示过流II、III段动作，显示动作值为3.56 A（设定值为2.52 A）。通过分析是变压器涌流问题，将过流II、III段时间由原来的0.3 s改为3 s可避免涌流问题，继续给2号、4号集电线路单条线路带电使风机偏航，保持2号线路带电偏航的情况下，送上1#风机正常偏航，当送上2号风机环网柜时发生高压（达到460 V）冲击导致2号集电线路风机Q7断路器跳闸。

针对高电压使风机Q7跳闸的原因，系统配置能力等问题，经过对故障数据、查阅资料分析得出：一是降低柴油发电机输出电压，由原来输出电压400 V改为380 V，以降低风机变压器的输入电压。二是将33kV柴油机断路器3307过流二段、过流三段动作电流由原来2.52 A改为4.0 A，通过更改参数使单条线路冲击时避免涌流问题，对发电机输出电压和断路器动作电流进行了调整；然后在未断开风机环网柜情况下给2号线路的6台风机直接送电，成功实现6台风机带电偏航操作，随后断开2号集电线路，给4号线路的6台风机直接送电，也实现6台风机带电偏航。该变动说明柴油发电机供电系统优化能单独给一条集电线路风机带电偏航。

为了进一步验证柴油发电机及SVG设备能力，在4号集电线路未停电情况下，直接合上2号集电线路开关，发现4号集电线路上的6台风机Q7断路器跳闸，此次试验说明柴油发电机供电系统优化不能同时提供两条及以上集电线路同时带电运行，只能实现了2号或4号集电线路单独直接冲击所带的6台风机变压器，并完成风机带电偏航操作。

SVG成套设备装置接线图（400V母线）图2所示：

图2 SVG成套设备装置接线图

4 应急柴油发电机供电系统优化对比分析

1）从经济角度分析，试验表明同时冲击两条线路，会产生较大的涌流，会造成风机高电压致使Q7断路器跳闸故障，且在大电流冲击下造成Q7断路器等设备的损坏。

2）从设备能力角度分析，实现一条集电线路的冲击带电偏航还在设备承受范围之内，两条集电线路或更多集电条线路直接冲击已超出设备能力。从SVG能力来看，SVG总容量为1.2 MVar，在冲击两条集电线路时，发现SVG无功补偿为1 150 kVar，无功补偿能力将达到极限值，如果再冲击多条集电线路，SVG设备将要过负荷故障而停止工作。由于现有柴油发电机、应急变压器本身容量偏小，承受冲击能力有限，在冲击大电流时，发生涌流现象难以避免，导致高电压产生，对风机开关保护设备造成损坏。

3）四更风电场所用电缆为铜芯电缆，产生无功较大，因此，柴油发电机供电系统增加SVG无功补偿装置是必要的，但受系统设备能力限制仅能逐步实现一条线路6台风机的带电偏航操作。

5 结语

应急柴油发电机供电系统增加由SVG控制柜、开关柜、功率柜和充电柜组成的SVG成套设备装置，SVG补偿容量为1.2 MVar，SVG设备安装于柴油发电机应急变低压侧400 V母线上。通过调节应急变压器低压侧的功率因数及母线电压进行供电控制优化，同时将柴油发电机输出电压由400 V调整为380 V，调整站内设备定值，将33 kV柴油机断路器3307过流II、III段动作电流由2.52 A改为4.0 A，将过流II、III段时间由原来的0.3 s改为3 s，柴油发电机通过SVG提供无功补偿优化能单独给较远距离的风机各条集电线路供电并使风机带电实现偏航操作。也就是说柴油发电机供电系统经过SVG设备优化后能实现较远距离的4号集电线路风机带电进行偏航操作，达到风机防台的目标。

（编辑：刘楠）