關于風力發電中電氣設計的探究

陳棗兒

（甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730000）

1 風力發電電氣設計方案

1.1 風力發電機組設備選型

表1 某風力發電廠IEC級別參數表

要發揮風力發電的優勢和最大化其經濟效率，風力發電機組設備選型則是一項非常重要的工作。如上表所示，是某風力發電廠IEC級別參數表，其建址高度為65m-70m，最低溫度為0.8攝氏度，最高極端溫度為38.2攝氏度。首先，應該采用Wasp對此風力發電廠進行建模，并根據實地環境勘察得出的表1判斷出該風力發電廠IEC等級為IC類，宜使用常溫型發電機組；再對此風力發電機廠進行在不同裝機容量下的機位優化工作，如利用WindFarmer得出其在測試時不同情況時具體的發電量和尾流影響，從而大致分析出此風力發電機廠需求的發電機組數量，并考量到該工程的經濟投入和設計方案中的實際需求，得出最適合本風力發電廠的最優裝機容量。

1.2 風電廠接入系統方案

在通過分析相關數據明確對風場的選取、規模問題后，就是設計風電廠接入系統的具體方案，而其中也要綜合考慮到許多不同因素的影響。首先要選擇適宜接入的區域電網，以及適宜接入的電壓等級，由于風力發電廠負荷率較低，一般采用110kV主變壓器；并結合實際情況選擇確定具備接入條件的接入點，通過二種典型潮流對各方案進行短路電流計算，并比較各方案潮流分布的合理性、網絡損耗；并在符合該工程經濟預算的前提下提出合理接入方案，但同時也高保證在該方案中，風電場選用電機的可調功率因數范圍滿足系統調相調壓的要求；而在以上工作全部完成后，也必須對風電場接入系統的公共接點產生的電壓降落和電壓波動進行校核，從而保證風力發電接入系統方案的準確性和可靠性。

1.3 主要電器設備選擇

由于風力發電廠負荷率較低，一般采用110kV主變壓器，并且要求采用中性點接地裝置，如中性點避雷器Y1.5w-73等，并在與變壓器不相接的密封容器內安裝有載分接開關，并在有載分接開關的儲油柜配置濾油裝置，而且由于其較特殊的地質環境其中的控制臺應具有一定程度的防潮能力，并具有一定的抗壓能力。這些措施都旨在使得風力供電系統中的供電元件有一定的抗短路能力，從而較為穩定的工作。而在對于輸電線路的保護和選擇中，要求嚴格將回路的二次負荷控制在10%誤差以下，而為實現這一工作目的，一般采用適當增大導線截面、縮短控制電纜長度這兩方面的措施來盡量減少控制電纜的電阻或者采用弱電控制用的電流互感器等來實施運行方案。

1.4 繼電保護設計方案

繼電保護就是當供電系統發生故障或工作延時等異常情況時，能迅速的分辨出發生故障的電路位置，并在可能實現的最短時間和最小區域內，自動將故障設備從系統中切除，在盡量不影響到相鄰電路設備運行的前提下，大幅度減輕或避免電路設備的損壞，并在處理過程中保持工作的高效性以及安全性。當然，在實際工作中，由于各電路元件類型與重要程度上的差異性，也必須根據不同工程的具體需要來提供可靠的繼電保護與安全自動裝置。如變壓器作為電力系統中的重要供電元件一般裝設以下保護：瓦斯保護、縱差動保護或電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護以及防御對稱過負荷的過負荷保護。而在對于變壓器主保護的具體要求中，不同容量和機能的變壓器都采用不同的主保護措施，電壓在10kV及以下、容量在10MVA及以下的變壓器采用電流速斷保護；而一般采用縱差保護來維持電壓在10kV以上、容量在10MVA以上的變壓器的安全運行；對于電壓在220kV以上的變壓器設備應裝設數字式保護。除此之外，采用后備保護作為變壓器主保護的補充，而其對于不同容量和機能的變壓器也應采用相應保護措施，過電流保護措施適用于降壓變壓器；對于大容量的變壓器組則采用負序電流和單項式低壓過電流保護，以此來避免額定電流大而導致電路元件靈敏度達不到要求的情況。

2 風力發電中電氣設計的實際工作基本要求

2.1 注重核心設備的選型和質量保證

風力發電系統中設備如發電機組等都是比較昂貴且不易更換的，而要保證這些供電元件的質量要求，首先要規范對其的全過程管理工作。在訂購相關設備時，應該十分注意其選型以及應具備的特征細節，例如110kV有載調壓變壓器中壓側不宜設調壓線圈并且降壓變壓器最好能有67%及以上的自冷能力，而且優先選用已通過專業測驗并檢測合格的產品，并就所購產品的試驗報告進行分析，并進行相應的核算工作。而在對所購元件進行出廠檢測時，也要保證其各項性能在專業實驗下的數值能滿足實際工作的需求，并將各項實驗數據制表并科學分析，而為了保證實驗數據具有代表性和準確性，需要通過多次試驗來積累原始數據，并將多次結論前后進行對比，以檢查其是否能正常運行，而這樣的檢查工作應該設備投入使用后就定期開展，以保證供電系統良好運行狀態，例如具體以250小時或一個月機為周期對發電機進行檢查，以此來發電機工作故障發生的概率。

2.2 風力發電機組運行可靠性保證

發電機作為風力供電系統的核心設備，要保證和提高發電廠的工作效率和經濟效益，要重視保證風力發電機的穩定性。首先。需要充分其內部因素，風力發電機是一個較為復雜的系統，首先要對其各部件可靠性需要具體到系統、子系統、部件子部件來檢測。而為了使得風電廠接入系統方案更加合理，一般采取SCADA數據來記錄風力發電系統的相關數據，如果發生電路故障和工作延時時，能較容易判故障來源，并進行維修工作。并根據此記錄為相關的數據表格，比如按照故障等級、故障時間以及發生原因設定一些故障記錄標準，以便于在以后的工作中能高效的處理問題，并進行科學準確的分析和計算。

2.3 繼電保護運行要求

要保證風力發電系統合理高效的工作，首先要嚴格遵守其保護裝設合理工作的基本原則，保證其具體配置能達到可靠性、選擇性、速動性、靈敏性這四個基本要求；在實踐工作中，并依據各個電路保護策略的具體特征，最終選擇最優方案擇。并在處理相應的問題時，能做到對電路的及時保護，并在技術和管理上采取有效措施，如為了最大限度防止輸電線路的出口短路，可裝設絕緣熱縮保護材料在母線橋上；而在對于110kV及以上電壓等級變壓器出現出口短路、近區短路等故障時，應該立即對變壓器的油作色譜分析。如色譜分析異常，應立即申請變壓器停運，以此來確認變壓器是否在合理運行狀態，并作出調查報告。可以說，只有規范了工作細節，并且構建了適應性、合理性較高的工作方法，才能維持繼電保護與安全自動裝置的高效率和穩定性。

3 結束語

要降低風力供電系統中電路問題發生的幾率，首先要保證供電系統設備本身的質量合格，并且做到定期檢查和修理；而在另一方面，電氣方案的合理設計也是一項至關重要的環節，只有遵從風力發電中電氣設計的實際工作基本要求，并完善的各個工作流程，才能進一步提高供電系統的穩定性和安全性，并在一定程度上提升電力系統產生的經濟價值。

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