浅谈风力发电电气主接线及主变的选择

吕鹏

摘要：近年来在国家政策推动下，我国风电、光伏等新能源项目快速发展，相应规范、标准也在逐步完善，对升压站的电气接线也有了一些基本要求，但由于实际项目目标、功能、需求差别较大，接线方案在不同项目中还应结合实践和技经比选论述适当调整，差异化对待。因此，合理地选择风电站电气系统的主接线方案，既能满足送出、后期企业运行中的可靠性、灵活性和安全性要求，又能节省投资，适合新能源这类成本敏感的项目。结合设计规范的相關要求及风电场项目的特殊性，对风电站电气主接线选择方案进行分析和探讨，提出意见，以供设计人员参考。

关键词：风力发电;风电站;电气主接线;主变

引言：合理地选择风电站电气系统的主接线方案，既能满足送出、后期企业运行中的可靠性、灵活性和安全性要求，又能节省投资。

1对风电场升压站主接线方案的探讨

作为单一风电场的升压变电站的主接线设计方案。单一风电场基本是按两种模式开发，一是一次性按终期建设;二是分期开发建设。如果风电场是按一次性开发建设，则通常推荐采用单台主变和输电线路组直接送出的接线方案，简化接线、节省投资与占地、降低故障率又便于后期运维。但此时设计需注意两点：一是主变容量不宜超过125兆伏安，如超过则根据防火规范要求需要设置水喷雾灭火系统、合成型泡沫喷雾系统或其他固定式灭火装置;二是主变低压侧（通常是35千伏侧）额定电流不能超过短路器的常规最大制造标准。否则会影响经济性，在技术经济比较论述时予以考虑。如果风电场是按分期开发，则通常推荐主变结合分期情况考虑设置方案，如各期开发较为连续可考虑按一次性开发建设原则进行主接线设计，否则高压配电装置接线宜采用单母线接线，主变结合分期分别设置。

作为几个风电场的升压汇集站的主接线设计方案。此处的升压汇集是指几个风电场较为邻近，均通过主变低压侧母线进行汇集后再升压送出的方式。这类汇集站的主接线设计原则可等同于上述分期开发模式。即使实际上可能是同时开发，由于是不同开发项目，考虑其独立性及电力汇集送出、计量等的便利性，宜按上述分期模式考虑设计方案，技经合理时主变也分别设置。

作为单一风电场的升压站的同时，还是其他本企业风电场的汇集站的主接线设计方案。此处的汇集是指其他风电场距离较远，通过高压线路（如220千伏、110千伏）在本站内进行汇集的方式。这类汇集站高压系统的接线方式应结合所汇集的总容量及企业所愿承担的风险值确定。就目前开发的大多数风电场而言，均采用单母线接线方式，汇集来的风电场线路采用单母线的模式。但这种接线方案当母线发生故障时会影响其他所有风电场的电力送出，应结合故障所造成的经济损失综合考虑适宜的接线及设备配置方案，比如采用双母线接线方案或虽为单母线但设备采用GIS型等增加可靠性的方案。总体来说，对220千伏、110千伏等级的配电装置，此类汇集站宜采用单母线接线但设备按GIS型设计。

2主变的选择

2.1主变形式的选择

在330kV及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器，因为三相较同容量的单相式投资少、占地小、损耗小，同时配电装置的结构简单、运行维护较方便。比较以上各特点，选三相变压器。

2.2主变绕组数的确定

1） 只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。

2） 有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及有3种电压的变电所可采用双绕组或三绕组变压器。根据以上两点，结合本厂只有一种升高电压，故选用双绕组变压器。

2.3绕组接线组别的选择

我国电力变压器的三绕组所采用的连接方式为：110kV及以上电压侧均为“YN”，即由中性点引出并直接接地;35kV侧作为高中压侧时都可采用“Y”，其中，中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“Y”或“D”;35kV以下，电压侧（不含0.4kV及以下）一般为“D”，也有“Y”方式。所以，本变压器220kV侧采用“YN”，即由既有中性点引出并直接接地方式。

2.4调压方式的确定

变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现的。无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有10%（±2×2.5%），且分接头必须在停电的情况下才能调节;有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可在带负荷的情况下调压，但其结构复杂、价格贵，在下述情况采用较为合理：1）出力变化大，或发电机经常在低功率因数运行的发电厂主变压器;2）具有可逆工作特点的联络变压器;3）电网电压可能有较大变化的220kV及以上的变压器;4）电力潮流变化和电压偏移较大的110kV变电所的主变压器。

结论：现在已建成与在建风力发电厂接线形式越来越简单、经济，绝大多数都采用单母线接线或单母分段接线，单从可靠性考虑，方案三较优于其他两种接线形式。很多设计单位考虑风力发电前期投入较高，于是简化接线，节省设备以便节约成本。对于主变的选择，绝大多数情况下采用风冷足以满足运行条件。

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