风电电气设计关键点分析与建议

陈明

摘 要：随着风电项目平价市场的即将到来，风电电气设计的设计规范和标准的越来越成熟完善，如何提高生产率，使发电企业科学合理的赢得更高利润，电气设计的关键点分析就显得尤为重要。本文从多个方面阐述了电气设计的关键，对提高风电场电气设计工作效率，提高总承包建设管理有着积极的作用。

关键词：风电场;电气设计;主变压器;集电线路

1 概要

风电是2018年我国整体疲软的经济发展形势下少有的增长亮点，预计全年新增约2000万千瓦装机，平均年利用小时数有望突破2000小时，但行业面对的困难和压力丝毫未减。补贴资金不足和政策争议加剧：竞价上网政策已经出台，平价上网日益临近，补贴加速退坡，脱离补贴的支撑。风电场电气设计作为风电设计中尤为重要的一环，如何提高设计水平，提高设计效率，对于风电发展有着重大意义。

2 风电场设计原则

2.1风电场电气设计应遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，使设计符合安全可靠、技术先进、经济合理的要求，便于施工和检修维护。

2.2风电场电气设计应结合工程的中长期发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，并考虑后期发展扩建的可能。

2.3风电场电气设计，必须坚持节约用地的原则，必须本着对场区环境保护的原则，减少对地面植被的破坏。

2.4风电场电气设计应本着“节能降耗”的原则，采用先进技术、先进工艺，减少损耗。

3 电气主接线设计要点

风电场电气主接线核心控制要素：升压站的规划容量、送电线路电压等级、升压站功能、主变连接元件总数、设备特点、系统稳定等。根据风电机组设备的特点，风电场升压站宜按用户站考虑，力求接线简单。

3.1 风电场高压侧主接线

风电场升压站高压侧配电装置的基本接线方案主要有变压器一线路单元接线和单母线两种形式。汇集单个风电场电能的升压站宜采用变压器一线路单元接线和单母线两种形式。汇集多个风电场电能集中送出的升压站或兼有风电汇集及风电升压功能的升压站宜采用单母线形式或单母线分段接线。

3.2 风电场低压侧主接线

风电场升压站低压侧（35 kV或10 kV）接线一般是单母线分段，分段数宜与主变压器台数一致，各段母线间可设置分段断路器，这主要是考虑主变压器检修时便于其母线段风机电能的送出，另外在小风月也可用来使空载主变退出运行，以节约一台主变的空载损耗。

3.3 风电场场用电主接线

风电场升压站场用电系统应由两路独立的电源组成，一路引自主变压器低压侧，另一路从站外电源引接，如原风场的施工电源永久化或从地方升压站获得电源，也可设置柴油发电机组。场用电系统应采用三相四线制，系统的中性点直接接地，系统额定电压380/220 V。一般情况下，220 kV升压站场用电系统采取单母线分段接线，110 kV升压站场用电系统采取单母线接线。

4 电气二次设计要点

4.1 系统继电保护

升压站继电保护的设计主要包括变压器的继电保护、母线的继电保护、场内集电线路的继电保护、无功补偿设备的继电保护、站用变的继电保护，应符合《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285-2006）的规定。

4.2 风电场升压站调度自动化系统设计

风电场升压站调度自动化的设计主要包括远动系统、发电功率控制系统、故障录波、电能量计量系统、安全自动装置及风电功率预测系统等，应符合《电力系统设计自动化设计技术规程》（DL/T 5003-2005）的规定。根据风电场风能的特殊性及运行的安全稳定要求，风电场故障录波、安全稳定应按照系统要求设计，故障录波装置宜按照64路模拟量、128路开关量进行配置。

电测量及电能量计量系统设计应符合《电测量及电能计量装置设计技术规程》（DL/T5137—2001）的规定。按照电网调度对风电场发电量调度要求应配置风功率预测系统。

4.3 风电场直流电源系统设计

风电场升压站直流电源系统的设计应符合《电力工程直流系统设计技术规程》（DL/5044-2004）的规定。直流系统蓄电池宜单独设立房间布置。

5 风电场升压站通信系统设计要点

风电场升压站通信系统应按照风电场接入系统通信部分的要求进行设计，调度交换机门数设计按照接人系统设计要求，不宜超过40门;光传输设备按照双套设计;升压站设置一48V通信电源，蓄电池按照双套配置。

6 风电场集电线路设计要点

对于集电线路的电压选择应根据风电场规模及接人条件等要素因地制宜确定。集电线路优先考虑采用35kV电压等级。风机容量小、塔位距升压站较近或地方用电负荷较大应采用分布式接入系统，集电线路可采用10kV电压等级。

风电场集电线路一般情况下优先采用架空线路，当受地形地物等约束条件限制时，如林区、鱼池、公路、其他电力线路等，宜采用电缆线路。

6.1 架空线路设计要点

风电场架空线路的导线可采用钢芯铝绞线，地线可采用镀锌钢绞线。35 kV线路全线安装架空地线。10 kV则视其风电场雷电活动情况而定。集电线路路径应综合考虑机位分布、运行、施工、交通条件及路径长度等因素，进行多方案的比较，做到经济合理、安全适用。在政府规划许可时，丘陵山地和荒漠平原地区一般应采用架空线路。海岸滩涂、河网、泥沼地区可采用架空线路与地埋电缆相结合的型式。

6.2 电缆线路设计要点

当风电场集电线路在跨越林区、盐池地区、鱼虾养殖地区等永久性征地赔偿费用较高和架空线路施工技术难度较大地区时可采用地埋电缆线路。风电场集电线路的电缆路径选择应避免电缆遭受机械外力、过热、腐蚀、白蚁等危害;应尽量结合场区施工道路，以便于敷设、维护;满足安全条件下，应保证电缆路径最短。直埋光缆一般采用沿壕沟与电力电缆并沟直埋方式。通常可选用GYFTA53型（聚乙烯非金属加强芯钢带铠装光缆），光缆进入塔筒时应做好金属外铠的接地。若选用非金属铠装的光缆应采用穿保护管方式。

7 结束语

风电场的设计将会对日后风电场的稳定运行产生较为深刻的影响，本文对风电场工程设计中的几个主要问题的设计要点进行了综述，总结出一些可在风电场设计过程中用到的结论，可在今后的设计中作为参考。

参考文献

[1] 风电场工程电气设计规范：NB/T31026—2012，国家能源局发布，2013-07-01

[2] 许昌，钟淋涓，风电场规划与设计，中国水利水电出版社，2014-02-01

[3] 苏绍，禹苏刚，风力發电机组设计制造及风电场设计施工，机械工业出版社，2013-05-01