浅谈风电场就地升压系统的选型及优化

李腾飞　戴晓亮　张晓峰

摘 要：风电场就地升压系统是风电场重要的组成部分，文章介绍了风电场常用的几种就地升压系统方案的特点。对采用美式箱变的就地升压系统方案进行了优化，并组织相关专家进行了认真的论证和评审，推出这种新型的就地升压系统方案，在保证风电场设备安全可靠运行下，降低业主对风电场的投资成本，提高业主的项目收益率。

关键词：风力发电；就地升压系统；美式箱变；升压变压器；欧式箱变；油浸式变压器

引言

风电作为一种洁净的可再生能源，近几年发展已较为成熟，随着国家大力推广新能源行业，风电也得到了迅猛的发展，预计到2016年末中国风电累计装机容量将超过1.5×105MW，风电能发展如此之快的直接动力来自国家的政策导向“电价补贴”，尽管目前中国风电机组已国产化，发电趋于规模化，但如果没有国家的政策导向“电价补贴”，风电还是很难与火电等传统发电相竞争，遂怎么才能进一步降低风电场的建设成本，是值得我们去讨论的，文章将通过优化风电场就地升压系统的方式降低风电场建设成本。

1 风电场就地升压系统的选型

风机发出的电能（0.69kV或0.62kV）通过附近的变电站升压至35kV后接入场内的集电线路，风机和箱变采用“一机一变”的单元接线方式，箱变一般布置在距风机约15m处。以上这种升压方案称为风电场就地升压系统。集电线路通过升压站（110kV或220kV）接入电网。风电场就地升压系统主要由变压器构成，该变压器作为风电场集电线路及风力发电机组的纽带，起到了风机产生电能输送的作用，同时也为塔筒内照明及电气设备检修提供了有利的保障。目前就地升压系统选用的变压器有以下几种形式。

1.1 预装箱式变压器

俗称欧式箱变，它主要由高压负荷开关、高压熔断器、避雷器、变压器（油浸式或干式）、低压空气开关、CT（电流互感器）、电能计量设备、电压表和电流表等组成，所有的设备在工厂一次安装、调试合格，结构一般为目字型布置，即高压室及低压室分别布、置在变压器的两侧，各室之间用钢板隔开，这样每个箱都是独立的，组合起来又是一个完整的变电站整体，具有结构紧凑，安全可靠特点。由于风电场风沙较大，变压器选型时既要考虑防风沙措施又要考虑散热等因素，另考虑到欧式变压器成本高于美式箱变，故该种类型变压器在风电场运用较少，其主要应用于住宅小区、城市公用变、繁华闹市及施工电源灯。

1.2 组合式变压器

俗称美式箱变，与欧变不同的在于美式箱变是将变压器铁芯、高压负荷开关、保护用熔断器等设备统一设计，放在同一注油箱内，其结构为品子型布置，美式箱变分为前、后两部分：前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作柄，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片，将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。由于结构简化，美式欧式箱变的占地面积和体积大大减小，其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4，体积仅为同容量欧式箱变的1/5～1/3。根据以上美式箱变的结构优点，故该种变压器在风电场应用广泛。

1.3 华式箱变压器

由于该种变压器，国家还没有明确的标准，故而市场上的华变型式各异，既有在美式箱变美式箱变基础上，把高压侧油浸式负荷开关和熔断器更换为外置的真空负荷开关熔断器组合而形成的华式箱变的，也有在欧式箱变基础上把散热器外露而成的华式箱变，故文章不再详细介绍。

1.4 油浸式变压器

所有设备均露天布置，将跌落熔断器及避雷器一同安装于35kV爬杆（塔）上，采用电缆连接至风机塔机柜内。因高压侧除跌落熔断器外，再无任何分断装置，当风机或箱变需要检修时，会导致整条集电线路断电，这样将会造成其他风机也不能正常出力，对业主造成极大的经济损失，因此，则需增加35kV户外式负荷开关，另还需在塔筒内配置检修变压器，其综合成本高于美式箱变。

1.5 干式变压器

由于此种变压器对环境条件要求较高，故一般的陆地风场均不采用此种形式，只有海上风电采用，并将其放置在塔筒内，由于对变压器提出了较为苛刻的尺寸要求，并需配置相关的附件，故综合成本高于常规的箱式变压器。

以上就是目前风电场常用的几种就地升压系统方案，各种设备的结构特点可以得出，美式箱变较欧式箱变体积小，造价相对较低，而如采用油浸式变压器，其综合成本高于美式箱变。于是我们决定在美式箱变的基础上进行设计优化。

2 风电场就地升压系统的优化

我们根据市场调研及分析，设计一种就地升压方案，风力发电机组的出口电压一般为690V（或620V），通过专用变压器升压至35kV，然后通过埋地电缆或者架空线路输送至风电场升压站，再向电网送电，变压器本体方案设计可按常规电力变设计，容量一般在风力发电功率的1.1倍。新型就地升压方案中箱变的高压侧仍然保持高压室负荷开关以及熔断器都安装在变压器油箱内，将箱变的低压柜部分优化掉，但需保留变压器低压部分接线端子，保证低压电缆可与变压器可靠连接。

该新型就地升压方案较常规就地升压方案，具有以下优势。（1）改变传统美式箱变的设计方案，简化系统方案，减少美式箱变低压柜的投资，体积更小，便于安装。缩短施工周期。（2）简化升压箱变及减少电气室土建工程量，提高土地利用率。（3）由于减少了箱变的低压部分，则减少了低压柜的维护，减少了故障点。

综上所述，采用新的就地升压设计方案为行业内在风电场设计方案的先进性方面提供新的思路。

3 优化后就地升压系统保护的配置

之所以可以优化掉美式箱变的低压柜，是因为风机的塔基柜内配置了对电网完善的保护装置，一旦集电线路及箱变系统发生故障或出现异常，风机保护动作并切除风机，风机则不会因此受到损害。箱变内配置的一些保护是比较简单的，其保护功能远不如风机保护，且形成重复的交叉保护，因此，箱变配置的电网保护则是不必要的，可以取消。其中智能型断路器的保护范围及功能完全可由风机电网保护代替，所以可以优化掉美式箱变内的低压柜，这样不但有利于减少事故点，而且提高设备运行的可靠性。

4 结束语

为了确保此种就地升压方案能够满足风电场运行需要，特变电工新疆新能源股份有限公司组织特变电工新疆变压器厂、特变电工衡阳变压器厂、特变电工西安电力设计有限公司等单位的15位专家对此种就地升压方案进行了认真论证和评审，认为此种就地升压方案是对风电场传统就地升压方案的一种优化，技术上满足风电机组的安全、可靠的运行要求，如在今后的项目中采用容量为1600kVA的就地升压方案，每台箱变约节约成本4万元，1个49.5MW的风电项目，节约成本约132万元，以中国2014年新增装机容量23GW计算，共节约成本约60720万元，且减少美式箱变低压柜的选型、设备的生产周期以及土建工程施工。具有客观的研究意义及应用价值，目前此种就地升压系统方案已应用于特变电工固阳兴顺西100MW风电场工程。

参考文献

[1]DL/T537-2002.高压/低压预装箱式变电站选用导则[S].

[2]JB/T10217-2013.组合式变压器[S].

[3]GB/T6451.1-2008.三相油浸式电力变压器技术参数和要求[S].

作者简介：李腾飞（1988-），男，陕西西安，助理工程师，本科，主要从事风电系统集成的设计与研究。

戴晓亮（1983-），男，陕西西安，助理工程师，本科，主要从事风电系统集成的设计与研究。

张晓峰（1984-），男，陕西西安，工程师，本科，主要从事风电系统集成的设计与研究。