浅谈风力发电电气主接线及主变的选择

神华国华能源投资有限公司锡林郭勒分公司 ■ 尹树强

0 引言

电力飞速发展，电力工业在国民经济中的作用已为人所共知，它不仅全面影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响了人民物质与文化水平的提高，影响整个社会的进步，其中发电厂在电力系统中起着重要作用。随着人们生活水平的提高，人们对电能需求也越来越高，同时，对电能质量的要求也越来越高。这要求我们应不断改进技术，改正以前存在的缺点和不足，并提出更高的要求。

本次设计的主要任务是风力发电电气主接线及主变压器选择再探讨，设计内容具体如下：

1)确定主接线方案并对保留方案做技术经济比较。主接线代表火电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的主要组成部分，直接影响运行的可靠性和灵活性，并对电器选择和配电装置布置及继电保护的整定都有决定性关系。因此，主接线的正确合理设计，必须综合处理各方面的因素，经过技术经济论证比较后方可确定为内桥接线的方案。

2)电气主接线的设计[1]。电器主接线设计应遵循可靠性、灵活性和经济性3个方面。

1 电气主接线最优方案的确定

因为本设计的发电机无近区负荷，所以可采用无汇流母线接线，即单元接线(发电机-变压器组接线)。根据《发电厂电气部分》第170页，发电机-变压器单元接线对开关的设计要求：发电机和变压器容量配套，两者不可能单独运行，所以，发电机出口一般不装断路器，只在变压器的高压侧装设断路器；断路器与变压器之间不必装设隔离开关。但为了发电机单独试验及在发电机停机工作时由系统供给厂用电，发电机出口可装设一组隔离开关。

1.1 对于220 kV母线接线方式的选择[2]

电气主接线的形式多种多样，但每种形式都要求有一种合理经济的方案与其对应。现根据《发电厂电气部分》第4章第2节“有汇流母线的接线”要求：

1)单母线的使用范围：110～220 kV配电装置出线回路数不超过2回；

2)单母分段接线的适用范围：110～220 kV配电装置出线回路数为3～4回；

3)单母带旁路的适用范围：110～220 kV出线为5回及以上时，在系统中居重要位置时，220 kV出线5回及以上时；

4)双母接线的适用范围：110～220 kV配电装置，当出线回路为5回及以上时采用双母分段。

结合本设计，220 kV配电装置出线为2回，因此可采用单母接线，母线两侧均装有隔离开关及断路器，用以检修母线。所以可拟定方案一，如图1所示。

图1 方案一电气主接线

1.2 单元接线的优点

1)接线简单，开关设备少，操作简便。

2)故障可能性小，可靠性高。

3)由于无发电机电压母线，无多台机并列。发电机出口短路电流有所减小，可限制短路电流。

4)配电装置结构简单。

1.3 单元接线的缺点

单元接线中任意元件故障或检修都会影响整个单元的工作。由于此电厂220 kV配电装置有2回出线，故可选用桥形接线。方案二、方案三分别如图2、图3所示。

图2 方案二电气主接线

图3 方案三电气主接线

1.4 经济比较选优

1.4.1 方案一与方案二的初步经济比较

方案一为单母线接线，方案二为外桥接线。统计短路器的个数：方案一有4个短路器，方案二有3个短路器。从经济角度出发方案二比方案一经济，所以选择方案二。

1.4.2 方案二与方案三的比较

方案二(外桥)特点：1)其中一回线路检修或故障时，有一台变压器短时停运，操作复杂；2)变压器切除、投入或故障时，有一回短路时停运，操作较复杂；3)线路侧断路器检修时，线路需较长时间停运。

方案三(内桥)特点：1)其中一回线路检修或故障时，有一台变压器短时停运，操作简单；2)变压器切除、投入或故障时，有一回短路时停运，操作较复杂；3)线路侧断路器检修时，线路需较长时间停运。

由二者的特点可知，对外桥，当检修变压器侧断路器时，变压器需停运。但对于内桥接线，没有停运变压器的必要。因为当检修线路侧断路器时，此线路变压器可通过桥经另一线路向电网供电。因此方案三比方案二好。

最终选择方案三外桥接线(见图3)。

2 主变的选择[3]

2.1 主变容量的选择[4]

单元接线主变压器的容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%裕度的选择。所以变压器的容量(MW)为：

式中，PNG为发电机的额定容量；COSφG为发电机的额定功率因数；KP为厂用电率。所以，

可选主变型号为：SFP7-120000/220。

2.2 主变形式的选择

在330 kV及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器，因为三相较同容量的单相式投资少、占地小、损耗小，同时配电装置的结构简单、运行维护较方便。比较以上各特点，选三相变压器。

2.3 主变绕组数的确定

1)只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。

2)有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及有3种电压的变电所可采用双绕组或三绕组变压器。

根据以上两点，结合本厂只有一种升高电压，故选用双绕组变压器。

2.4 绕组接线组别的选择

我国电力变压器的三绕组所采用的连接方式为：110 kV及以上电压侧均为“YN”，即由中性点引出并直接接地；35 kV侧作为高中压侧时都可采用“Y”，其中，中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“Y”或“D”；35 kV以下，电压侧(不含0.4 kV及以下)一般为“D”，也有“Y”方式。所以，本变压器220 kV侧采用“YN”，即由既有中性点引出并直接接地方式。

2.5 调压方式的确定[5]

变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现的。无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有10%(±2×2.5%)，且分接头必须在停电的情况下才能调节；有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可在带负荷的情况下调压，但其结构复杂、价格贵，在下述情况采用较为合理：1)出力变化大，或发电机经常在低功率因数运行的发电厂主变压器；2)具有可逆工作特点的联络变压器；3)电网电压可能有较大变化的220 kV及以上的变压器；4)电力潮流变化和电压偏移较大的110 kV变电所的主变压器。

基于上述各种情况，电厂主变分接头应选为242±2×2.5%。

2.6 冷却方式[6]

1)自然风冷却。无风扇，反借助冷器、热辐射和空气自然对流冷却，额定容量在1000 kVA及以下。

2)强迫空气冷却，简称风冷式。在冷却器间加装数台电风扇，使油迅速冷却，额定容量在8000 kVA及以下。

3)强迫油循环冷却。采用潜油泵强迫油循环冷却，并对油管进行冷却，额定容量在4000 kVA及以上。

4)强迫油循环水冷却。采用潜油泵强迫油循环，并用水对油管进行冷却，额定容量在120000 kVA及以上。

5)强迫油循环导向冷却。采用潜油泵将油压入线圈之间、线饼之间和铁芯预先设计好的油道中进行冷却。

表1 具体参数

6)水内冷。将纯水注入空心绕组中，借助水的循环，将变压器的热量带走。

因为此设计的主变容量为120000 kVA，从经济方面考虑采用强迫油循环风冷式。综上所述，主变最终选为：SFP7-120000/220型，其参数等详见表1。

3 结论

现在已建成与在建风力发电厂接线形式越来越简单、经济，绝大多数都采用单母线接线或单母分段接线，单从可靠性考虑，方案三较优于其他两种接线形式。很多设计单位考虑风力发电前期投入较高，于是简化接线，节省设备以便节约成本。对于主变的选择，绝大多数情况下采用风冷足以满足运行条件。

[1] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册(1.2)[M]. 北京: 中国电力出版社， 1996: 566－631.

[2] 黄纯华. 发电厂电气部分课程设计参考资料[M].北京: 中国电力出版社， 2001.

[3] 周泽存， 沈其工， 方瑜， 等. 高电压技术[M]. 北京: 中国电力出版社， 1988: 263－265.

[4] 牟道槐， 李玉盛， 马良玉. 发电厂-变电站电气部分[M].重庆: 重庆大学出版社， 1998， 33－162.

[5] 丁毓山. 发电厂、变电所设计(10-220 kV)[M]. 沈阳: 辽宁科学技术出版社， 1993， 42－43， 360－397.

[6] 姚春球.发电厂电气部分[M]. 北京: 中国电力出版社，2004， 65－130.