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有关风力发电的电气设计讨论

2021-10-31张波 闫铁军

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本文旨在对风力发电中电气设计方案进行简要地介绍,并探讨其在实际工作的基本要求。
1 风力发电电气设计方案

       1.1 风力发电机组设备选型

       要发挥风力发电的优势和最大化其经济效率,风力发电机组设备选型则是一项非常重要的工作。如上表所示,是某风力发电场IEC级别参数表,其建址高度为65m-70m,最低温度为0.8摄氏度,最高极端温度为38.2摄氏度。首先,应该采用Wasp对此风力发电场进行建模,并根据实地环境勘察判断出该风力发电场IEC等级为IC类,宜使用常温型发电机组;再对此风力发电机厂进行在不同装机容量下的机位优化工作,如利用WindFarmer得出其在测试时不同情况时具体的发电量和尾流影响,从而大致分析出此风力发电机厂需求的发电机组数量,并考量到该工程的经济投入和设计方案中的实际需求,得出最适合本风力发电场的最优装机容量。

       1.2 风电场接入系统方案

       在通过分析相关数据明确对风场的选取、规模问题后,就是设计风电场接入系统的具体方案,而其中也要综合考虑到许多不同因素的影响。首先要选择适宜接入的区域电网,以及适宜接入的电压等级,由于风力发电场负荷率较低,一般采用220kV主变压器;并结合实际情况选择确定具备接入条件的接入点,通过二种典型潮流对各方案进行短路电流计算,并比较各方案潮流分布的合理性、网络损耗;并在符合该工程经济预算的前提下提出合理接入方案,但同时也高保证在该方案中,风电场选用电机的可调功率因数范围满足系统调相调压的要求;而在以上工作全部完成后,也必须对风电场接入系统的公共接点产生的电压降落和电压波动进行校核,从而保证风力发电接入系统方案的准确性和可靠性。

       1.3 主要电器设备选择

       由于风力发电场负荷率较低,一般采用220kV主变压器,并且要求采用中性点接地装置,如中性点避雷器Y1.5w-73等,并在与变压器不相接的密封容器内安装有载分接开关,并在有载分接开关的储油柜配置滤油装置,而且由于其较特殊的地质环境其中的控制台应具有一定程度的防潮能力,并具有一定的抗压能力。这些措施都旨在使得风力供电系统中的供电元件有一定的抗短路能力,从而较为稳定的工作。而在对于输电线路的保护和选择中,要求严格将回路的二次负荷控制在10%误差以下,而为实现这一工作目的,一般采用适当增大导线截面、缩短控制电缆长度这两方面的措施来尽量减少控制电缆的电阻或者采用弱电控制用的电流互感器等来实施运行方案。

       1.4 继电保护设计方案

       继电保护就是当供电系统发生故障或工作延时等异常情况时,能迅速的分辨出发生故障的电路位置,并在可能实现的最短时间和最小区域内,自动将故障设备从系统中切除,在尽量不影响到相邻电路设备运行的前提下,大幅度减轻或避免电路设备的损坏,并在处理过程中保持工作的高效性以及安全性。当然,在实际工作中,由于各电路元件类型与重要程度上的差异性,也必须根据不同工程的具体需要来提供可靠的继电保护与安全自动装置。如变压器作为电力系统中的重要供电元件一般装设以下保护:瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、过电流保护、零序电流保护以及防御对称过负荷的过负荷保护。而在对于变压器主保护的具体要求中,不同容量和型号的变压器都采用不同的主保护措施,电压在10kV及以下、容量在10MVA及以下的变压器采用电流速断保护;而一般采用纵差保护来维持电压在10kV以上、容量在10MVA以上的变压器的安全运行;对于电压在220kV以上的变压器设备应装设数字式保护。

2 风力发电中电气设计的实际工作基本要求

       2.1 注重核心设备的选型和质量保证

       风力发电系统中设备如发电机组等都是比较昂贵且不易更换的,而要保证这些供电元件的质量要求,首先要规范对其的全过程管理工作。在订购相关设备时,应该十分注意其选型以及应具备的特征细节,例如220kV有载调压变压器中压侧不宜设调压线圈并且降压变压器最好能有67%及以上的自冷能力,而且优先选用已通过专业测验并检测合格的产品,并就所购产品的试验报告进行分析,并进行相应的核算工作。而在对所购元件进行出厂检测时,也要保证其各项性能在专业实验下的数值能满足实际工作的需求,并将各项实验数据制表并科学分析,而为了保证实验数据具有代表性和准确性,需要通过多次试验来积累原始数据,并将多次结论前后进行对比,以检查其是否能正常运行,而这样的检查工作应该设备投入使用后就定期开展,以保证供电系统良好运行状态,例如具体以一个月为周期对发电机进行检查,以此来发电机工作故障发生的概率。

       2.2 风力发电机组运行可靠性保证

       发电机作为风力供电系统的核心设备,要保证和提高发电厂的工作效率和经济效益,要重视保证风力发电机的稳定性。首先。需要充分其内部因素,风力发电机是一个较为复杂的系统,首先要对其各部件可靠性需要具体到系统、子系统、部件子部件来检测。而为了使得风电场接入系统方案更加合理,一般采取SCADA数据来记录风力发电系统的相关数据,如果发生电路故障和工作延时时,能较容易判故障来源,并进行维修工作。并根据此记录为相关的数据表格,比如按照故障等级、故障时间以及发生原因设定一些故障记录标准,以便于在以后的工作中能高效的处理问题,并进行科学准确的分析和计算。

       2.3 继电保护运行要求

       要保证风力发电系统合理高效的工作,首先要严格遵守其保护装设合理工作的基本原则,保证其具体配置能达到可靠性、选择性、速动性、灵敏性这四个基本要求;在实践工作中,并依据各个电路保护策略的具体特征,最终选择最优方案择。并在处理相应的问题时,能做到对电路的及时保护,并在技术和管理上采取有效措施,如为了最大限度防止输电线路的出口短路,可装设绝缘热缩保护材料在母线桥上;而在对于220kV及以上电压等级变压器出现出口短路、近区短路等故障时,应该立即对变压器的油作色谱分析。如色谱分析异常,应立即申请变压器停运,以此来确认变压器是否在合理运行状态,并作出调查报告。可以说,只有规范了工作细节,并且构建了适应性、合理性较高的工作方法,才能维持继电保护与安全自动装置的高效率和稳定性。

3 结束语

       要降低风力供电系统中电路问题发生的几率,首先要保证供电系统设备本身的质量合格,并且做到定期检查和修理;而在另一方面,电气方案的合理设计也是一项至关重要的环节,只有遵从风力发电中电气设计的实际工作基本要求,并完善的各个工作流程,才能进一步提高供电系统的稳定性和安全性,并在一定程度上提升电力系统产生的经济价值。
 
责任编辑:程玥
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