3MW風(fēng)電機(jī)組升壓變壓器高壓側(cè)接線形式的探討

張 瑋，胡 靜

(華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京 100120)

風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)?；惋L(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的提高，已是風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃發(fā)展和開發(fā)研究的必然趨勢(shì)。我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)，已將2.5MW、3MW的風(fēng)電機(jī)組推向市場(chǎng)，并擁有了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著近兩年中國(guó)零部件產(chǎn)業(yè)鏈供求趨于平衡，風(fēng)電機(jī)組造價(jià)穩(wěn)中有降，更多風(fēng)電項(xiàng)目的投資者和建設(shè)單位，青睞于提高風(fēng)資源利用率、降低綜合投資和提高發(fā)電收益的明顯優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)陸上風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型已經(jīng)從單機(jī)容量1.5MW～2MW逐漸向2.5MW～3MW過(guò)渡。

國(guó)家電網(wǎng)公司《風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)——第二冊(cè) 變電部分》(以下簡(jiǎn)稱“典設(shè)”)對(duì)風(fēng)電機(jī)組高低壓側(cè)設(shè)備配置中升壓變壓器高壓側(cè)(35kV側(cè))有如下要求：對(duì)于2MW及以下容量的風(fēng)電機(jī)組，采用負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合方式；對(duì)3MW容量及以上風(fēng)電機(jī)組，采用真空斷路器形式。

本文將針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組箱式變電站高壓側(cè)采用斷路器和負(fù)荷開關(guān)與熔斷器的兩種接線形式進(jìn)行比較和探討。

1 傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組變壓器配置接線

與常規(guī)火電機(jī)組的布置特點(diǎn)相比，風(fēng)電場(chǎng)占地面積大、風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量小、布置分散，數(shù)量較多，風(fēng)機(jī)通常均采用一機(jī)一變的接線形式就地升壓至35kV，多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組通過(guò)集電線路并聯(lián)匯集后送至風(fēng)電場(chǎng)升壓管理站。因風(fēng)電場(chǎng)的布置特點(diǎn)不方便從管理站接取操作電源，故傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組升壓變壓器高壓側(cè)通常采用負(fù)荷開關(guān)和熔斷器進(jìn)行保護(hù)，如圖1所示。其接線形式簡(jiǎn)單、可靠并可與變壓器按美式箱變的結(jié)構(gòu)緊湊布置，節(jié)約占地。

圖1 高壓側(cè)配置負(fù)荷開關(guān)和熔斷器的機(jī)組變接線示意圖

2 3MW風(fēng)電機(jī)組變壓器典型配置接線

前些年受熔斷器選型限制，我國(guó)3MW級(jí)以上的大型風(fēng)電機(jī)組，升壓變壓器高壓側(cè)通常按真空斷路器的型式配置。因?yàn)?5kV熔斷器的額定電流僅能做到50A～63A，無(wú)法滿足3000kVA變壓器的使用要求，接線示意見圖2。

此種接線在升壓變壓器的高壓側(cè)配套了斷路器，相應(yīng)配置了完善的三段式保護(hù)等二次保護(hù)功能，并通過(guò)光纜上傳全部斷路器就地設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，可進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。但同時(shí)也帶來(lái)了占地面積大，只能應(yīng)用于安裝復(fù)雜的歐式箱變結(jié)構(gòu)內(nèi)，直流操作電源無(wú)法解決等諸多問(wèn)題。

3 負(fù)荷開關(guān)和熔斷器在3MW機(jī)組升壓變壓器中應(yīng)用的可行性

圖2 高壓側(cè)配置真空斷路器的機(jī)組變接線示意圖

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，在2011年前后，國(guó)內(nèi)各大電力設(shè)備生產(chǎn)廠商紛紛推出了適用于3000～3500kVA 容量的80A級(jí)的全范圍插拔式熔斷器，并通過(guò)了相關(guān)檢測(cè)，使得3MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組采用負(fù)荷開關(guān)和熔斷器組保護(hù)成為可能。其安秒特性曲線見圖3。

圖3 熔斷器安秒特性曲線

由圖3可知，80A全范圍熔斷器的過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)的特性完全可以滿足3000kVA變壓器的過(guò)流和速斷保護(hù)要求。

《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50062－2008)關(guān)于“電力變壓器的保護(hù)”中規(guī)定： “電壓為10kV的重要變壓器或容量為2MVA及以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求時(shí)，宜采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?！?/p>

因此，容量為3MW的箱式變電站，采用熔斷器組合電器作為速斷保護(hù)滿足繼電保護(hù)規(guī)范要求。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

作為大容量變壓器的保護(hù)設(shè)備，斷路器完善的保護(hù)功能優(yōu)點(diǎn)顯著，但不論變壓器事故跳閘或熔斷器熔斷后都必須由值班人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查變壓器后，才可合閘送電，事故處理方式上二者是一樣的。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上看，負(fù)荷開關(guān)和熔斷器方案在箱變故障時(shí)能迅速切斷電源，沒有誤動(dòng)作可能性，火災(zāi)事故也很少發(fā)生，安全性不比斷路器保護(hù)跳閘差，在風(fēng)電場(chǎng)已有多年使用經(jīng)驗(yàn)，保護(hù)能力完全能夠滿足規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)需求。

從布置上看，采用真空斷路器的配置形式，需要相應(yīng)配置繼電保護(hù)、蓄電池組等二次設(shè)備，帶來(lái)箱變布置復(fù)雜、占地面積大，還要考慮保溫等諸多問(wèn)題。而采用全范圍插拔式熔斷器配合負(fù)荷開關(guān)的配置，使得3MW級(jí)變壓器可以采用傳統(tǒng)的美式箱變的緊湊型全密封結(jié)構(gòu)，更有利于箱式變電站的安裝。

從經(jīng)濟(jì)性分析，配置真空斷路器的升壓變壓器，比配置熔斷器組合電器至少高出約4～5萬(wàn)元，相當(dāng)于單臺(tái)箱式變電站總價(jià)的20%左右。因此，使用熔斷器組合電器的配置形式在經(jīng)濟(jì)性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，價(jià)格合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定和保護(hù)靈敏的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性要求，決定了目前我國(guó)3MW容量的風(fēng)電機(jī)組升壓變壓器依然更適合配置負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合電器的接線形式。隨著80A及更大電流的全范圍熔斷器產(chǎn)品的不斷成熟，負(fù)荷開關(guān)與熔斷器組合電器的配置必將成為3MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組升壓變壓器的主流接線形式。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)[M].中國(guó)電力出版社，2012.

[2]GB50062－2008，電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]李暉，王靖，解統(tǒng)成.風(fēng)電場(chǎng)電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)化.