油气田风力发电电气技术分析

油气田风力发电电气技术分析

崔国强

大庆油田工程建设公司163400

摘要：近年来，国家强调了油气田融合开发新能源的重要性，提出在陆上油气田、利用油气矿区发展风、光电站项目。大庆油田风能光能资源丰富，大力建设风力新能源，大幅提升生产耗能的绿电比例、减少化石能源消耗。风力发电和输变电工程相比有自己的特点、属于发电系统，风力发电电气技术是工程建设最重要的环节之一，对风力发电场后期安全、高效运行非常重要。

关键词：新能源，风力发电，发电机组，橇装化变电站，同期并网

1、电力接入方案：大庆油田第一个风电项目，龙一联地区风电利用工程，单机容量为5MW的风力发电机组，轮毂高度为110米，叶轮直径182米；风机机型为WTG5000，额定功率5000KW,永磁同步发电机；切入风速3m/s、切出风速20m/s、安全风速52.5m/s、额定风速11.2m/s。风机出口电压1140伏、风机出口电压较低、电流较大、风机间的距离较远，按照降低电能损耗、接线简单、操作运行方便的原则，风电场内采用风力发电机组-橇装化升压变单元接线方式，进行第一次升压；风力发电经橇装化变电站升压到35KV后再经高压电缆和架空线路接入龙一联变电站35KV侧，并入大庆油田企业电网，实现就地消纳。通过光缆把风电数据传到大庆油田新能源电力集中管理中心，实现全油田区域内新能源发电项目的统一管理、集中监控。

2、橇装化升压变电站 ：包括35kV 开关设备、1.14kV开关设备和升压变压器三部分，升压变压器型号S13-5500/35、容量5500kVA，额定电压 1.14/35±2×2.5% KV,连接组别Yn11/D,变压器低压侧中性点可靠接地、接地电阻不大于4欧。橇装化变电站高压侧配真空断路器，低压侧配自动空气开关。为保障风电场监控系统、综合自动化系统等不停电负荷不间断供电，橇装化变电站内设置一套3KVA UPS电源以确保上述负荷在全站停电时能正常工作。变压器保护主要包括纵差保护、电流速断保护、过负荷保护、零序电流保护、非电量保护、瓦斯保护；低压侧空气开关设置过载保护及短路保护。橇装化变电站监控系统主要监控变电站的运行状态，采集电流、电压、功率、温度、开关状态、故障信号。

3、同期并网：龙一联变电站扩建1回35kV出线间隔、具备单项检同期功能，风力发电并入油田电网，实现就地消纳。

3.1、一次电气设备：（1）高压六氟化硫断路器1台， 型号LW8A-40.5 -1600 -35KV，内附电流互感器 LR-35-LW -200~400/5 、电流互感器 LRD-35-LW -200~400/5、 弹簧机构 CT10A -220V（2）户外式高压隔离开关2台，型号 GW5-40.5（D）W 630A -35kV（3）户外单极电动隔离开关1台，型号GW4A - 40.5W/630A - 35kV （4）户外单极电压互感器1台，型号 JDQXF-35 ，35/√3/0.1/√3 kV。

3.2、二次电气设备：DXL5510线路保护测控装置1台，具有检同期功能；DXL5510线路保护测控装置适用于110KV及以下电压等级的以电流型保护为主的线路保护、测量及控制，提供通信接口，通信兼容、抗干扰性好，和其它保护、自动化设备一起,通过通信接口组成自动化系统。DXL5510线路保护测控装置的功能设置，（1）电流速断保护（2）过电流保护（3）零序电流保护（4）过负荷保护（5）自动重合闸、具备检同期功能，装置接入线路侧PT电压Ux，Ux的额定电压通过保护装置参数Sec.Uxn选择Un为57.7V；Ux的接线方式通过装置参数 Ux_PH选择；同期条件为Ux＞0.7UN且角度差小于检同期角度定值TQdu（6）系统异常工况报警及闭锁功能，主要包括控制回路断线报警、母线PT断线报警、断路器弹簧未储能报警及闭锁、频率异常报警。

4、发电机组：发电机组安全、高效运行对整个发电场非常重要。

4.1、发电质量要求：发电机的电压谐波满足国标GB/T14549《电能质量公用电网谐波》的要求。电压偏差满足国标GB/T12325《电能质量供电电压允许偏差》的要求，三相供电电压允许偏差为标称系统电压的±10%。三相电压允许不平衡度满足国标GB/T15543《电能质量三相电压允许不平衡度》的要求，三相不平衡度≤5%。电压允许波动和闪变满足国标GB/T 12326《电能质量电压波动和闪变》的要求。电力系统频率允许偏差满足国标GB/T15945《电能质量电力系统频率允许偏差》的要求，电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz。风电场低电压穿越风电机组具有低电压穿越能力：（1)风电场具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力（2)风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场保持并网运行（3)风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%

时，风电场不间断并网运行。

4.2、发电机保护设置：发电机组是最主要的电气设备，通过保护定值设置确保其安全运行，风电机组保护定值与电网保护定值相匹配。风力发电机保护装置配置过负荷保护、过电流保护、低电压保护、过电压保护、电网故障保护、温度高报警信号、温度过高保护、振动超限保护、超速保护、电缆非正常缠绕和传感器故障信号，低电压穿越功能和有功功率调节功能。当过电流保护、低电压保护、过电压保护、电网故障保护、温度过高保护、振动超限保护、超速保护动作后保护装置发出相应动作信号，跳开风力发电机出口断路器、并停机；当过负荷保护、温度高报警信号、电缆非正常缠绕和传感器故障信号等保护动作后发出报警信号。

5、电力调度：油田的新能源发电项目属于发电系统，与原有的变电系统分属两个不同的系统，新能源监控数据均进入新能源集控中心统一调度，实现调度自动化。远动信息遥测量主要包括全场发电机总有功功率、总无功功率；各台风机机端电压、电流；风电场的实时风向和风速；35KV集电线路的有功功率、无功功率、电流。远动信息遥信量主要包括全站事故总信号；35KV断路器位置信号；35KV线路的保护动作信号；35KV隔离开关位置信号；单个风电机组运行状态；谐波检测系统状态。远动信息遥控遥调量主要包括断路器遥控，风电场总有功功率、总无功功率、电压遥调。电能量计量系统，电度表精度为0.2S级，具备双向有功和四象限无功计量功能、事件记录功能，具备电流、电压、电量等信息采集和三相电流不平衡检测功能，配有标准通信接口，具备本地通信和通过电能信息采集终端远程通信功能。电能质量在线监测，实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压幅值相位不平衡度、三相电流幅值相位不平衡度，负序电流、谐波、电压波动等电能指标。有功功率及频率控制，能根据系统电源、负荷及系统频率特性提出的对风机有功功率变化率的要求，还能根据调度要求控制其有功功率的输出；风电机组通过变桨系统控制风机叶片的旋转速度和旋转角度，使吸收的风能可控，实现对风机的有功功率大小和上升速率的控制。无功功率及电压控制，通过电压控制措施，根据调度下达的电压曲线进行控制，实现对并网点电压控制，调节速度和控制精度满足电网电压调节的要求，保证并网点电压控制在额定电压的97%-107%范围内，风电机组功率因数在超前0.95到滞后0.95范围内动态可调。风功率预测，风电场每15分钟自动向电力系统调度中心滚动，上报未来15分钟至4小时的发电功率预测曲线；每天按照电力系统调度机构规定的时间上报次日0至24时发电功率预测曲线，同时上报同时段风电场预计开机容量和测风塔的测风数据。

结束语：截止到2022年，大庆油田新能源装机规模达到22万千瓦。大庆油田在十四五末建成绿色低碳可持续发展的示范基地，其中风电建设将达到125万千瓦、光伏达到90万千瓦。大庆油田对外与黑龙江省其他地市合作，在省内建设大型集中式风光发电设施，到2050年，大庆油田将实现新能源占比达到80%的目标。建设大型集中式风力发电工程，发电机组可以选用额定功率5000kw或更大一些6250kW的机组，需要增加大型的升压变电站，如220KV升压变电站，负荷接入上一级500KV变电站，并入黑龙江电网运行。