风电场电气一次系统的相关设计研究

风电场电气一次系统的相关设计研究

                       ,董丹丹

上海之恒新能源有限公司      上海市徐汇区      200030

摘要：在社会和经济发展进程的基础上，社会生产活动和能源需求继续发展。现代化后，没有电力支持就不能生活和工作。电力能源需求给可持续能源供应带来了一些负担。从目前的发展来看，我国的能源问题是巨大的。如果我们不采取有效措施解决这些发展差距，无疑会对社会和经济发展产生影响。这需要通过社会生产和充分利用太阳能和风能而不是不可再生资源来改变现有的能源结构。风能是风电场所中最重要的能源，风能可以有效地减少消耗不可再生能源，从而满足社会发展的能源需求。本文研究了利用风力发电确保高效供电的风电场电气一次系统。

关键词：风电场；电气一次系统；设计

在目前的发展形势下，能源需求随着经济快速增长而增加。能源系统的设计必须使其安全有效地运作，并转化为更多的能源，以满足人民的生产和生活需要。有效的供配需要深入研究发电技术，不断优化设计方案。风电场的整体发电主要是为了确保风电场的稳定稳定发展。

一、风电场的电气组成与工程介绍

1.电气系统的组成。风电场系统分为一次和二次电气系统。用于生产、运输、变电、配电和消费的元器件组成电气一次系统。用于测量、控制、监控和保护的元器件组成电气二次系统。一次系统在发电中起着重要作用，电气二次系统作为辅助系统。为此，我们研究了电气一次系统的设计，并相应地调整了风机、集电线路和升压站的主要部件，以优化能耗性能。

2.工程慨况。风电场装机容量100MW，单台风机6250kW，共计16台风机，升压变电站高压侧设置为110kV，低压侧为35kV。

二、当前我国风电场电气一次系统设计中存在的主要问题

1.短路电流计算不准确。在风电场电气一次系统设计中，短路电流计算的不准确是一个常见问题，计算准确性对系统设计的效率和合理性具有重要意义。短路电流计算是风电场系统规划中最重要的任务。这对整个主电气系统的设计和相关设备的选择非常重要。如果短路电流计算不准确，投入运行后所设计的系统和所选设备将存在安全隐患。

2.选择箱式变压器不合理。在风电场电气一次系统设计中，正确选择箱式变压器是系统实施后正常运行的基本保证。然而，在风电场电气一次系统当前的设计过程中，部分设计人员没有合理选择箱式变压器，只考虑集装箱变压器的经济性，没有考虑所选变压器对系统的适用性。因此，箱式变压器不能有效减少电缆损耗和长度，这在一定程度上影响了系统运行的稳定性和效率。

3.电力电缆故障。在风电场电气一次系统设计中，电缆是较为重要的设备，是整个系统顺利运行的基础。尽管实际工程中电缆设计很少存在问题，但在实施过程中经常会遇到问题。如：（1）电缆损坏。在系统实施过程中，电缆损坏主要是机械性的，也就是说，在安装过程中造成的损坏。在电缆正常运行过程中，电缆外壳因振动或冲击负荷而损坏，未及时确定电缆损坏情况。因此，在系统运行很长一段时间后，损失将继续增加。这将最终影响整个系统的正常运行。（2）绝缘老化：风电场电气一次系统的电缆在运行过程中暴露在相对恶劣的环境中较长时间，导致电缆绝缘加速老化。长期运行后，出现绝缘裂纹、穿孔和绝缘劣化等问题，导致故障并影响系统的正常运行。

三、风电场设计原则

风电场的建设现状，要求风电场的设计尽快成型，加快风电场建设的速度，提高工程建设和管理的整体效率。因此，总结风电场的基本要素对风力发电的发展至关重要。风电场电力设施的设计必须符合有关国家的法律规定，符合民用和经济重建的原则、程序和基本建设程序，从而满足新能源行业的安全、技术先进和经济要求，便于施工和检修维护。风电场电气设备设计应考虑到项目的中长期规划，适当调整短期和长期建设的关系，并考虑到未来的发展和扩展。风电场电气设备应符合景观保护原则。风力发电机中的电气设备应按照保护环境不受风电场影响的原则制造，以减少植被的破坏。风电场电气设计应采用先进的技术和概念来减少损耗，从而符合节能原则。

四、风电场电气一次系统设计优化

1.短路电流计算。电气设备的选型、继电保护整定与校核都需要以短路电流计算为基础。短路电流计算的精度直接影响系统的安全性、稳定性和施工成本。以风电场为独立系统，然后计算分析短路，简化等效电气系统的所有组件，简化复杂电网为电路模型，提供恒电功率下的计算能力。短路电流是指电气系统内部相与相之间或者相与中性点之间所经过电弧或者是小阻抗拉通电路，是电流系统中正常运行电流的数十倍。电流是由电气系统内部相与相之间或中性点之间的小阻抗引起的。箱式变低压侧的低压侧的变压器阻抗远高于电力系统高压侧的变压器，但当低压电网系统短路时，变压器的一次端电压下降很小，但对于风电机组而言，短路电流的误差很大，短路保护的灵敏度和电气选择受到影响。特别是电缆电阻过大时，必须仔细分析整个电力系统的电阻容量。

2.主要设备选型。（1）箱式变压器选择，一般来说，风电场中风电机的选址相对距离较大，尽量要降低发电机组回路损耗的电能，需要选择合适型号的变压器，考虑发电机组总容量与超负荷余量，发电机短路电阻不应忽略，电机侧短路应最小化。选择箱式变压器时，短路电阻不应过低。（2）断路器选择，必须充分考虑电路短路电流，以确保经济性和技术要求。除了电流、电压、电阻、机械负载、绝缘等参数之外，还要考虑海拔高度、环境温度、湿度等因素。断路器保护对整个风电场的机组安全产生直接影响，对于带箱式变压器的低压线路，断路器必须接收外部开机信号以进行保护。通常低压断路器额定电流是风力发电机标准输出电流的1.2~1.5倍。（3）电力电缆选择，在电力电气系统设计中，少不了电线电缆的支持，选择正确的电缆不仅能够提高安全性，同时也能够降低工程项目造价成本，优化系统，提高整个系统的性能单根电缆实际上需要较大的电流承载力。由于不同的布线方法会影响电缆的载流量，因此必须调整布线以适应电缆的操作条件。通常，单根电缆载流量是其在标准温度下载流量与温度修正系数的乘积，如果环境温度高于25摄氏度，则需要进一步降低。

3.过电压保护系统。风电场变电站配备接地保护系统，防止沿线路入侵的雷电波对电气设备造成危害，风电场配有避雷器。变电站外部电流显示与整体保护结构集成。根据风电场的不同，水平和垂直接地网要合理规划与设置。此外，还可以安装复合网，以确保接地网和风电机组接地网之间的高效衔接，从而确保电阻不超过4Ω。风电场复合地网由水平和垂直接地极组成，连接到钢筋，钢筋应视为自然接地，所有机组都使用先进的防雷技术，包括接地技术、接闪、接地、屏蔽、钳位，风电机组单元的设计必须符合防雷标准。安装保护系统，外部保护主要是为了避免直接或间接雷击造成的损害，而内部保护则是为了防止直接或间接雷击造成的电位差。在建立保护制度时，应协调内外防雷措施，以最大限度地发挥保护的效力。

4.照明系统设计。风电场照明系统应严格按照照明规范设计，包括但不限于一般和应急照明系统。普通照明系统为220V交流电，应急照明系统也可用于常规照明。如果没有工作正常的电源，它会自动切换到蓄电池。

在能源问题越来越明显的时代，各个国家对能源的使用都给予了一定的重视。特别是在当今时代，利用风能支持社会生产活动是一项重大挑战。为了进一步提高风力发电的技术水平，需要开发高效的风力发电系统。通过优化电气设备选型和系统功能设计，降低故障和损失风险，确保电气一次系统稳定运行。

参考文献：

[1]孟卿.风电场电气设计要点综述[J].华北电力技术，2019（3）：64-66;

[2]李海.我国风电场电气一次系统设计存在的问题研究[J].速读旬刊，2019（2）.

[3]唐杰.电场电气一次系统设计[J].工业技术，2019，05(11):13-15.

[4]黄明.海上风电场电气系统现状分析[J].电力系统保护控，2019，05(12):11-12.