风电场35 kV系统电气二次设计陈俊佑

闫书佳

摘要：35 kV系统是风电场电能传输的重要中间环节。现结合实际案例，从系统功能、继电保护、计算机监控、电能计量、设备选型等多方面对35 kV系统电气二次回路设计方案进行了详细介绍，该方案达到了系统功能齐全、操作便捷、安全可靠的目标。

关键词：风电机组;开关柜;继电保护;监控;计量

0 引言

随着社会经济高速发展，电能成为最重要的二次能源，电能供应的稳定性问题受到社会广泛关注。近年来，风力发电在电力行业中所占比例越来越高。

风电场由风电机组和配套升压变电站组成，本文结合实际工程案例，针对风电场内35 kV中压系统电气二次回路进行优化设计，以提高35 kV中压设备在保护、监控和测量过程中的安全性和稳定性。

1 35 kV中压系统概况

风电场内风机采用一机一变的方式在风机出口处经0.69/35 kV箱变升压至35 kV，每6～7台风机（总容量约25 MW）串接组成一回集电线路后，接入升压站35 kV开关柜，升压站内安装1台容量为120 MVA的220/35 kV升压变压器。35 kV侧采用单母线接线方式，母线上共接入4面风机组进线（约100 MW）开关柜，即1面无功补偿进线开关柜、1面站用变进线柜、1面主变35 kV侧出线柜、1面母线设备柜，另外设置1套35 kV无功补偿装置。站内35 kV系统接线如图1所示。

目前电力开关柜的二次回路没有形成标准化设计，根据相关国家规范和项目需求，本工程在设计过程中以实现下列功能为主：

（1）保护功能：电力设备在运行过程中，会出现过负荷、短路、超温等不同类型故障，为尽可能减少损失，二次回路设计中需考虑全面、安全、可靠的保护措施。

（2）监控功能：风电场运行过程中，需对所有电气设备状态进行实时监控，包括电压、电流、频率、无功功率、温度等。

（3）五防功能：为防止运维人员误操作，保障人身和设备安全，需设置一套完善的五防系统。

（4）计量功能：作为追求经济效益的工程，需对所发电量进行精确统计。

2 35 kV系统供电回路

风电机组配套35 kV箱变内二次设备电源采用AC220 V，由箱变自带690/380 V降压变压器及UPS提供，保证系统在断电情况下持续运行2 h以上。

变电站二次设备电源采用DC220 V供电方式，35 kV开关柜内设置两回DC220 V小母线，一回作为储能电源给断路器跳闸机构供电，另一回作为控制电源给柜内保护测控装置、智能操控装置、多功能电表、五防设备、交换机等供电。另设置一回AC220 V小母线，给柜内加热、照明设备供电。

各小母线电源引自站内交直流一体化电源系统，每回进线双套配置，设置在小母线两端所在开关柜内，两路电源进线分别引自两面不同的直流或UPS馈电屏，两路电源进线空开设置连锁关系，同一时刻只能有一只空开处于合闸位置。

3 35 kV系统继电保护

3.1    风电机组侧升压变继电保护

风机配套0.69/35 kV箱式升压变35 kV侧装设SF6负荷开关-限流熔断器组合电器作为短路保护。升压油浸全密封变压器配瓦斯、压力释放、油温等非电量保护，用于跳闸和发信号。

3.2    升压站內继电保护

升压站内35 kV风机进线回路、无功补偿进线回路和站用变回路选用南瑞科技NSP788-R型保护测控装置，分别安装于各开关柜内，装置采集柜内保护级（5P30）CT二次侧电流和母线PT二次侧电压用于内部计算分析。装置合闸、跳闸出口分别接断路器操作机构的合闸、跳闸回路，采用断路器机构自带的防跳回路，取消保护装置防跳功能，同时柜内配置远方/就地转换开关和断路器操作把手，实现开关柜的远方和就地手动分合闸功能。35 kV主变出线回路与主变高侧合用保护装置，双套配置，分别选用南瑞科技NSR-378S型和深圳南瑞PRS-778型保护装置，35 kV侧电流和电压取自柜内保护级CT和母线PT。35 kV母线保护选用南瑞科技NSR-371型保护装置，单独组屏安装，取母线上各开关柜内保护级CT电流和母线电压用于母线差动保护。各保护回路跳闸开入和动作方式如下：

（1）35 kV风机组进线保护。主要包括电流速断保护，瞬时动作于跳闸;过电流保护，带时限动作于跳闸;过负荷保护，带时限动作于信号;零序过流I段保护，瞬时动作于跳闸;零序过流II段保护，延时动作于跳闸。

（2）35 kV站用变保护。主要包括电流速断保护，瞬时动作于跳闸;过电流保护，带时限动作于跳闸;零序过流保护，I段短延时动作于跳闸，II段带时限动作于跳闸;站变低压侧中性点零序电流保护，带时限动作于跳闸;过负荷保护，延时动作于发信号;本体保护，变压器高温报警、超温跳闸。

（3）35 kV无功补偿回路保护。主要包括电流速断保护，瞬时动作于跳闸;过电流保护，带时限动作于跳闸;过负荷保护，延时动作于发信号;本体保护，动作于跳闸和发信号。

（4）35 kV母线保护。35 kV母线设单套母线保护，动作于跳母线上各35 kV开关。

（5）主变35 kV侧后备保护。35 kV主变低侧设置双套保护，包括时限速断过流保护：设两个时限，经短延时跳开本侧分段断路器，第二时限跳本侧断路器;复合电压闭锁过流保护：设两个时限，第一时限跳开本侧断路器，第二时限跳开主变压器各侧断路器;零序电流保护：延时动作于跳各侧断路器;过负荷保护：动作于发信号。

4 计算机监控系统

4.1    风电机组监控系统

风电机组监控系统主要由中央监控层、风机现地监控层及场内通信设备构成。中央监控层配置服务器、操作员站、打印机及后台监控软件等，现地监控层配置风电机组主控及偏航系统、变桨控制系统、变频控制系统、箱变监控系统等。

箱变内配置NSA6110型号箱变智能监控装置，主要用于监测35 kV侧三相电压、电流、高压负荷开关状态信号和油温、油位、压力释放阀压力等非电量信号，监控信息经RS485信号发送至机组现地主控系统。机组监控系统在风场内采用光纤以太环网结构，本工程共25台风机，根据集电线路分组情况，以4个光纤子环接入升压站内的机组中央监控系统，通信传输介质采用48芯单模ADSS光缆，路径与场内35 kV集电线路相同。

4.2    升压站内计算机监控系统

升压站内计算机监控系统采用双以太网结构，主要由站控层、间隔层和网络设备构成。站控层配置主机兼操作员工作站、远动工作站、公用接口装置等，其中主机、远动机双套配置，实现对站内全部电气设备可靠、合理、完善的监视、测量和控制，并具备遥测、遥信、遥调、遥控等全部远动和时钟同步功能，具有与电网调度中心和业主远程集控中心交换信息的能力。

35 kV系统监控处于间隔层网络，各35 kV间隔内测控与保护一体化设备，完成就地数据采集、监测和断路器控制等功能。主变低侧单独配置测控装置，选用南瑞科技NSD500M3型号，与主变高压侧测控装置组屏安装。在母线设备柜内配置2台以太网交换机，接入站控层的双以太网交换机，采集间隔层测控数据并上送至站控层。开关柜内配置智能操控装置，选用ER-K500型号，具备开关状态显示、温湿度控制、高压带电显示和闭锁控制等功能，快捷、方便地对开关柜进行监视和操作。

5 五防系统

35 kV中压系统主要采用就地五防措施。各35 kV开关柜内断路器与母线接地手车设置电气闭锁，防止在母线接地情况下合断路器;断路器手车与各自断路器及柜内地刀之间设置电气闭锁，防止线路带电或接地情况下推入手车;地刀与手车和智能操控装置设置电气闭锁，防止手车在工作位或负荷侧带电情况下合地刀;开关柜后门与地刀或智能操控装置设置电气闭锁，防止带电情况下开后门;母线接地手车与各开关柜内断路器手车和母线带电显示器设置电气闭锁，在其他各柜内断路器手车均处于试验位且母线不带电的情况下方可推入接地手车。

6 电能计量系统

机组侧在箱变内690 V进线处安装数显电压表和电流表，用于就地测量。

升压站内配置一套电能计量系统，用于采集和处理全场的电能量信息并向电力调度主站传送。35 kV侧在风机进线柜、无功补偿进线柜、站用变进线柜、主变35 kV出线柜内分别配置一只威盛DTSD341型号的0.2S级三相四线制多功能电表，采集信息包括各计量点的正向有功电度、负向有功电度、正向无功电度、负向无功电度、带时标的单点信息等。计量用PT采用0.2级、30 VA，CT采用0.2S级、10 VA。

7 结语

35 kV中压系统是风电场电能转换的枢纽，本文在系统保护、监控、计量等方面做了统一规划和设计，力求系统结构简单、操作方便，在保证功能完整的前提下，降低系统的复杂度，提高系统可靠性，为风电场的稳定运行提供保障。

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[5] 火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程：DL/T 5136—2012[S].

收稿日期：2020-02-05

作者简介：陈俊佑（1988—），男，河南郑州人，工程师，主要从事电力工程设计及研发工作。