某发电场电气部分设计

李新杰

摘要：现阶段全球都在倡导环保，我国目前的环保形势也很严峻，传统的发电方式更多的是火力发电，对大气污染较大。以此为契机，给了新能源发展足够的动力，而风力发电又是新能源发电领域中比较重要的一大部分。目前我国风力发电建设已从三北地区转向平原和沿海地带。

变电站的作用是进行发电厂和用户之间电力的转换和分配。根据实际负荷情况，在电力集中地由变电站控制电力流量分配。变电站的电压调节器和无功补偿装置在其中进行工作和作用，保证消费者用得上比较稳定的电压。

本次设计为新建110kV风电场升压站，主要为升压站的电气部分设计，设计包含（主接线设计，主变选择，厂用电设计，综合自动化设计，继电保护配置选型，设备选择等），通过建设该升压站可以增加当地电能容量，能够对地区节能减排起到非常好的促进作用。

关键词：环保；新能源；电气设计；

中图分类号：TU855 文献标识码：A

1 引言

随着全球变暖形势逐渐严峻，国家对环保每年都提出更高标准的要求，化石能源正在每年降低增量，国家针对火电等能源发电的布局更多倾向于新型能源，如风力发电、太阳能发电等。

我国风能较好的资源主要集中于三北地区，对于低风速的平原地区开发较少，为了积极响应国家政策，依据国家法律法规及可持续发展要求，在地方平原地区建设一座容量为100MW的110kV风电场，可对当地年度节约标准煤炭，减少多种有害气体和废气排放，节约淡水并减少相应废水和温水排放。

目前我国的电能普遍是通过交流发电机提供，发电机的输出电压通常不会高于30kV，这样低的电压无法满足长距离传输的要求。因此需要通过变压器来提高电压后，满足电能的长距离传输。市场上用户多数使用的为低压设备，所以还需要通过变压器将高电压降低来满足用户使用需求。

2 110kV风电场升压站电气设计

本设计系统选型为：主变压器选用电压等级为110/35kV，型号为SZ11-100000/110。110kV设备选用户内GIS设备，110kV侧为单母线接线方式，新建1个主变进线间隔、1个PT+避雷器间隔、1个出线间隔，预留一个进线间隔位置；110kV出线1回接入220kV顿丘变，导线长度为12km。升压站35kV母线采用单母线接线，母线上共安装8面高压开关柜，选型设计时须考虑短路电流计算。

3 厂用电系统设计

本设计建设一台35kV接地兼站用变压器，容量为800kVA，型号为DKSC-800/36.75-315/0.4，升压站内的供电电压为380/20V。另外建设一台10kV备用变（施工变留作备用），容量为250kVA。35kV电源从35kV母线上引接，10kV备用变从站外市电引入。

4 配电装置设计

配电装置楼设计为两层建筑，在一层配电楼内设置蓄电池室、35kV配电室、SVG室；二层设置继保室、GIS室。

5 防雷接地设计

在110kV升压站内设置2根独立避雷针，作为户外设备的防直击雷保护。配电装置和主要的变压器以及架电线路都需要进行装配互不影响的避雷针。以达到防护的目的。站内设置总的接地网，接地网为以水平接地网为主，接地电阻应满足国标要求，如不满足需进行处理，如采用深井接地、外延接地网、增设离子电解地极等方式，直到满足要求为止。接地体的引上线连接上下部分处应做成圆弧状，在升压站大门处设帽檐式均压带。水平均压网网格间距n~10m。

6 继电保护系统设计

6.1 110kV线路保护

110kV线路保护测控部分包括110kV线路测控、110kV线路保护、频率电压紧急控制装置、110kV母线保护等内容。本设计110kV侧采用单母线接线，以单回110V线路与电网相联。110kV线路配置微机光纤电流差动保护作为线路主保护，采用专用光纤。包括以分相电流差动为全线速动的主保护，配有零序电流差动元件的后备差动段，集成了四段式相间距高、三段式接地距高保护和四段零序电流方向保护构成的全套后备保护；装置配有三相一次重合闸功能；带有跳合闸操作回路等。

频率电压紧急控制装置具有低频、低压、过频、过压控制以及故障时的解列功能。

6.2 110kV主变保护

主变高/低压侧及本体测控装置，分别完成主变高/低侧的交流电流，电压测量，主变本体及主变保护的信号采集，遥控输出等，实现对主变高/低压侧断路器/隔离刀闸的跳/合闸控制。主变测控屏上安装1台调压档位控制器（SHM-D），完成对主变调压开关的监测和档位升、降的控制。

保护配置：

1) 变压器的瓦斯保护

2) 变压器电流速断保护

3) 变压器纵联差动保护

6.3 35kV设备保护

35kV保护测控装置均为线路保护测控装置，配有三段式过流保护、零序过流保护、低电压保护、过负荷保护等功能。

无功补偿SVG支路进线柜配置一台保护测控装置，配有三段式过流保护、零序过流保护、低电压保护、过负荷保护等功能。

35V开关柜内配置三相四线制双向多功能电能表。

35kV母线设专用的母线差动保护。

7 电能计量系统

关口电能计量信息采集采用“直采直送”方式。配置2块关口计量表计（1块主表，1块副表），有功精度为0.2S级；无动精度为1.0级；配置1台电能量采集终端，将采集的电量信息通过通过电力调度数据网、专用通信通道运传至电网计量主站系统。另配置1台计量表用于站内主变高压侧计量。

8 通信系统

通信系统的设计包括：系统通信、调度数据网、实时调度管理系统、二次安防等。风电场至220kV变的1+1地区网光纤通信链路，链路在220kV变接入地方地区通信传输网，组织风电场至省、地调度端的通信通道。

配置电力调度数据专网双平面设备，设备包括：2台路由器、4台接入交换机和2面柜柜及附件等。

按照当地电力公司电厂并网统一技术要求，配置1套发电实时调度管理系统。实时调度管理系统通过调度专网实现与省网互联，接入电网调度技术支持系统。

电场按照生产和管理的四个安全分区配置安全防护设备，以保证生产、管理系统及调度端应用系统的物理和逻辑安全。在I、Ⅱ区之间加装防火墙装置，Ⅱ、III区之同加装物理隔高装置，在Ⅰ、Ⅱ区与调度端互联的专网线路上加装IP认证加密装置；严格禁止I、II区系统与属于IV区的MIS、0A系统进行直接互联，严格禁止在1、II区系统内使用WWW和EMAIL服务。

9 综自部分

9.1 综自系统选型

计算机监控系统采用综合自动化系统，采用冗余以太网分层分布式系统。

110kV线路保护装置、主变保护和测控装置等分别集中组屏安装，35kV保护测控一体化装置分散安装在相应的开关柜上。保护测控装置、无功补偿装置、交直流一体化电源、电能表计等设备均通过以大网口或串行通信口接入监控网络；各装置失电告警、保护动作等重要信号通过无源接点接入测控装置上传监控。全站统一GPS和北斗卫星时钟对时，监控系统设备、智能装置等从站内时间同步系统获得授时信号。

9.2 故障录波配置

设置故障录波装置记录站内各段母线电压、110kV送出线路电流、35kV线路和无功补偿装置电流以及保护和开关动作信息等。

11 总结

电场内升压站的系统主接线、主变、厂用电、保护设计选型、保护配合、电能计量及综自的设计选型，在设备选型中需要考虑地区环境及当地政策与电网要求，综合考虑经济与环保要求，优化配置资源才能更有效的提高设备利用率。保护及自动化选择中更多要考虑保护之间配合，保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性相互协调。

平原设计风电场会对当地节能环保方面有显著的效应，研究数据显示100MW容量的风场每年可节约原煤8万吨，减少CO2排放16万吨，减少S02排放月1544吨，节约淡水55万立方米，并减少相应的废水排放和温排放等。

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