風電場變電站電氣設備的設計與選擇

能源是人類社會存在與發展的物質基礎。在過去的200多年中，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大地推動了人類社會的發展。然而，人們在物質生活和精神生活不斷提高的同時，也越來越感受到大規模使用化石燃料所帶來的嚴重后果:資源日益枯竭，環境不斷惡化。因此，人類必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續能源系統。風電是目前世界上增長最快的能源，裝機容量每年增長超過30%。在2003年初，全球風力發電裝機容量達到3200萬kW，其總量相當于32座標準的核電站，足以供應1600萬歐洲普通家庭或4000萬歐洲居民的電力需求。中國近年來在風電發展上取得了很大的成就。2005年底，已建成61個風電場，安裝1861臺風電機組，全國并網風電裝機容量達到126.6萬kW。風電裝機容量位居世界第7位，亞洲第2位。2005年，中國政府對2020年的風電發展目標進行了修改，將風電裝機容量由2000萬kW增至3000萬kW。

一、風力資源基本情況

武川縣西烏蘭不浪鎮西北部屬中溫帶大陸性季風氣候，冬季長而寒冷，夏季短而涼爽，降水量少，溫差大，日照充足，多風沙和寒潮。主導風向為西北和西南風。設計武川風電場一期工程總裝機容量49.5MW，建設期為18個月，擬安裝單機容量為1500kW風力發電機組33臺。本期工程擬建設220kV變電站一座。

武川縣歷年平均氣溫2.8℃，歷年極端最高氣溫36.2℃，歷年極端最低氣溫-37.0℃，歷年平均氣壓839.3hPa，平均相對濕度56%，平均水氣壓5.3hPa，年平均降水量為354.1mm，且多集中秋季，年平均蒸發量1841.8mm，高于降雨量5倍多，其中春旱是該縣農業生產的突出矛盾。冬春季盛行西北風，每年4—5月份多風并且大風集中，風速一般為4.1—6.4m/s，年平均風速大于17m/s的日數45天。

該項目位于內蒙古武川縣西北部，海拔高度1800—1900m。風電場場址位于N41°10′17.17032″—N41°13′9.09373″，E110°51′22.47219″—E110°54′59.70762″，呈扇形區域分布，風電場面積約23km2。

根據武川縣氣象局1977—2006年最大風速系列計算，50年一遇最大風速為24.3m/s。通過氣象站的50年一遇最大風速推算到風電場50m、60m、65m、70m、75m高度處50年一遇最大風速分別為35.8m/s、36.4m/s、36.6m/s、36.8m/s和37.0m/s。根據國際電工協會IEC61400-1(2005)標準判定本風電場工程可以選擇Ⅲ類風力發電機組。

二、機型范圍初選及接入系統方式

1.風機布置

本工程場址地勢起伏明顯，多丘陵，不太適宜按梅花型陣列多排方式布機。為了機型選擇的公平性，盡量使各種機型發電量最大化，因此，利用WAsP8.3、WindFarmer3.5.1軟件等工具對場址風能資源進行分析，尋找風能資源豐富、具有開發價值的布機點，對各機型進行優化布置，機組行列距保持在5倍風輪直徑以上。根據風電場整體布置原則，進行發電量的初步計算，使風電場整體布置比較合理，且發電量指標較高。

2.接入電力系統方式

綜合考慮不同電壓等級輸送容量和距離，并網電壓選用220kV電壓等級，擬在風場內建設一座220kV變電站，站內規劃主變壓器四臺，主變容量100MVA，電壓242/35kV。本期建設安裝一臺，預留三臺。

風力發電機采用一機一變單元接線方式，每臺風力發電機接一臺1600kVA升110壓變壓器，將風機端0.69kV電壓升至35kV，每11臺風力發電機匯集后通過1回35kV架空線送至廠內220kV變電所，經主變35kV升壓至220kV后送出至系統并網。

根據武川縣風電規劃，以及武川縣地區電網的發展情況，提出以下接入系統方案:武川風電場以單回220kV線路直接接入可鎮220kV變電所220kV母線側，線路長度約53km，線路導線采用2*(LGJ-300)，可以滿足武川風電場現有電力及發展擴建后的電力送出。

三、主變壓器及電氣主接線的設計與選擇

1.變壓器型式容量和臺數的確定

電廠升壓主變壓器主要采用戶外三相雙卷帶平衡線圈有載調壓變壓器，本期建設一臺，容量為100/100MVA;遠期建設四臺，容量為4×100MVA。

2.廠用電方案的確定

廠用電源的引接方式考慮本廠實際情況，廠用工作電源在35KV母線上引接一臺廠用工作變壓器。

3.電氣主接線形式的選擇

從電壓等級、出線回路數考慮，從電氣主接線的可靠性、經濟性極靈活性考慮35kV應選擇單母線分段接線形式，220kV應選擇單母線接線形式。本期工程電氣主接線采用單母線接線，220KV出線1回，接可填220KV變電站。35KV出線3回，采用單母線接線。

四、高壓電氣的選擇

1.隔離開關選擇單柱式剪刀式結構隔離開關。

2.母線接地開關的選擇:

35kV側采用高壓開關柜室內布置方式。220kV電流互感器推薦選用戶外油浸式，型號為LCWB7-220W12*600/5。220kV母線設備選用TYD-220型電容式電壓互感器。

35kV配電裝置選用三相交流戶外設備，一次元件主要包括斷路器、電流互感器、避雷器等。真空斷路器:型號為ZW7-40.5。補償裝置與電力系統的連接選擇主變設置20MVar動態無功補償裝置。

武川風電場一期(49.5MW)工程項目場址處風能資源基本可用于并網型風力發電，具有一定的開發前景。場址區域內地質結構穩定，適宜建設風電場。電氣并網方案經濟、可行。施工建設條件及交通運輸條件齊全、便利。經過工程概算和財務分析，該工程可以取得一定的經濟效益。

參考文獻:

[1]水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊.北京:水利電力出版社，1989.12.

[2]王維儉，孫宇光.龍灘發電機組保護設計新思想.北京:中國電力出版社，2005.2.

[3]熊信銀.發電廠電氣部分(第三版).北京:中國電力出版社，2004.8.

[4]熊禮儉.最新風力發電新技術與發電工程設計、運行、維護及標準規范實用手冊.中國科技文化出版社，2007.3.