495mw风电场变电所电气部分设计

1、大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 原创论文 题 目：49.5MW风电场变电所电气部分设计学习中心： 河北奥鹏学习中心20层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2009 年 秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011年09月10日 III49.5MW风场升压变电所电气部分设计目 录内容摘要1 绪论11.1 风能的发展现状与趋势11.2 风电场变电站的研究背景11.3 本次论文的主要工作22 风场升压变电站电气设计的主要内容32.1 变电所的总体分析及主变选择32.2 电气主接线的选择32.3 短路电流计算32.4 电气设备选择32.5 配电装置设计32.6 防雷与接地43 变电所的总体分析及主变选择53.1 变电所的总体情况分析53.2主变压器容量的选择53.3主变压器台数的选择54 电气主接线设计74.1 引言74.2 电气主接线设计的原则和基本要求74.3 电气主接线设计说明85 短路电流计算135.1 短路电流计算的目的135.2 变电所短路电流计算136 电气设备的选择186

2、.1 电气设备选择的依据186.2 开关设备的选择216.3 开关设备的校验277 配电装置307.1 配电装置的图示307.2 配电装置的设计要求307.3 配电装置的分类318 升压变电站的防雷与接地358.1 直击雷保护358.2 雷电入侵波保护358.3 接地电阻设计标准358.4 本变电站防雷与接地设计369 结论38参考文献39内容摘要根据设计任务书的要求及结合工程实际,本次设计为典型的49.5MW风电场升压变电站电气部分设计。本期按发电机单台容量1500kW计算，装设风力发电机组33台。每台风力发电机接一台1600kVA升压变压器，将机端690V电压升至35kV并接入35kV集电线路，经3回35kV架空线路送至风电场110kV升压站。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性

3、的影响。本次设计变电站有1台主变压器，1个出线间隔、1个主变进线间隔、1个PT间隔、35kV配电装置一列、无功补偿装置一套。变电站内分为110kV、35kV、0.69kV、0.4kV共四个电压等级。本文是在刘凤丽恩师的精心指导下完成的。刘老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向,在设计思路上给了我很多的指导和帮助。刘老师一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了深刻的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！关键词：主接线；短路电流；电气设备；配电装置；架空线路；防雷与接地1 绪论 1.1 风能的发展现状与趋势风能是可再生能源技术中最成熟的一种能源技术,对于应对那些与传统能源有关的迫在眉睫的环境和社会影响,风电是个切实可行,立竿见影的解决方案。风力发电就是利用风力机获取风能并转化为机械能，再利用发电机将风力机输出的机械能转化为电能输出的生产过程。目前风电场的分布已遍布全球，风电场的数目已成千上万，最大规模的风电场可上百万千瓦级，例如我国甘肃玉门的特大型风电项目。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千

4、瓦，首次超过美国，跃居世界第一。从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。风电场所发出的绿色无污染电力，可改善当地电力系统的能源结构，实现电力供应的多元化，提高电网中可再生能源发电的比例，优化电源结构，为社会和经济的可持续发展提供保证。风能是清洁的、可再生的能源，开发风能符合国家环保、节能政策，风电场的开发建设可有效减少常规能源尤其是煤炭资源的消耗，保护生态环境，营造出山川秀美的旅游胜地。风电场本身也可以成为一个独特的旅游景点，促进当地旅游业的发展。1.2 风电场变电站的研究背景随着风电场规模的不断扩大，风电场与电网或电力用户的相互联系越来越紧密。掌握风电场电气部分具有相当重要的意义。单台风力发电机组的发电能力是有限的，大规模风力发电都是在风电场中实现的，风电场是在一定的地域范围内，由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施、运行维护人员等共同组成的集合体。变电站是整个电力系统的基本生产单位，变电站将电能变换后分配电网。变电站不仅仅包括电能生产、变换的部分，还包括其自身消耗电能的部分，即所用电。风电厂的所用电包括维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电

5、和风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等。风电场电气系统可以分为4个主要部分：风电机组、集电线路、升压变电站及所用电系统。风电机组除了风力机和发电机以外，还包括变频器和对应的机组升压变压器，目前风电场的风力发电机本身输出电压为690V，经过机组升压变压器将电压升高到35kV；集电线路将风电机组生产的电能按组收集起来，每组包含的风电机组数目大体相同，一般可由每台35kV升压变压器高压侧经高压电缆直接并联，汇集到35kV架空线路输送到升压变电站；升压变电站的主变压器将集电系统汇集的电能再次升高到110kV接入电力系统。目前我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备及系统内大量信息的实时性等要求越来越高，并表现出接线方案趋于简单；大量采用新的电气一、二次设备；综合自动化技术得到广泛应用的趋势。中国正在提高风力发电场的并网能力，目标是到2015年使风力发电并网能力达90GW。风力发电是目前新能源开发技术最为成熟、最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。已成为公认的战略替代能源之一，是实现能源可持续发展的重要举措1。1.3 本次论文的主要工作 了解风电场的电

6、气特点，学习风电场电气部分的接线及设计方法，学习风电场电气设备的选择方法，对于风电场的安全运行与可靠供电具有相当重要的意义。本次论文进行了变电站110kV升压变电站主变压器的选择、电气主接线方案的确定、短路电流计算、电气设备的选择（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、导线的选择及其校验）、配电装置的设计、防雷与接地的设计，绘制了110kV升压变电站的一次系统的主接线图，设计过程中力求做到变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。 412 风场升压变电站电气设计的主要内容经济发展电力先行,电力在经济发展和国计民生中的作用越来越受瞩目,其中变电所是电力系统中不可缺少的一个重要环节,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电所电气部分设计包括变电所总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置设计、防雷与接地设计等。2.1 变电所的总体分析及主变选择本升压变电站规划占地面积为150*125mm2，有新建泥结石道路可以直通县道。站内主要有综合控制楼、汽车与材料库、110kV屋外配电装置、主变压器、35kV配电装置、无功补偿装置、消防水泵房、污水处理

7、装置、事故油池等建筑物。用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器。主变压器是变电站中最为主要的电气设备之一，在电气设备的投资中占有较大比例，同时它还影响与之相配套的电气装置的投资。因此，对主变压器的台数、容量和型式的选择至关重要。同时，它也是主接线方案确定的基础。本期工程因风机装机容量为49.5MW,所以设计一台容量为50MVA的主变压器。2.2 电气主接线的选择 电气主接线是变电所的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。2.3 短路电流计算 拟定主接线后，为了合理的选择电气设备，就必须进行短路电流计算。短路计算点为通过电器设备的最大短路电流的地点，一般按三相短路电流计算。2.4 电气设备选择选择适合本地使用的电气设备，不仅需要考虑电气设备的电气参数要满足正常工作时流过的电流，承载的电压以及故障时所受到的高温和电动力的影响（短路后的大电流造成），还需要综合考虑电气设备所处的环境因素，如海拔、环境温度、日照及风速等。此外，也要注意电气设备运行

8、可能给环境带来的影响，如噪声和电磁干扰等。2.5 配电装置设计配电装置可以理解为接受和分配电能的装置，它是电气主接线的具体实现，用于完成进出线回路之间的连接。2.6 防雷与接地升压变电站一旦遭受雷击，电气设备的绝缘会毁坏，不但修复困难，而且会导致风电场发出的电能不能外送，可能会造成供电区域内大面积、长时间停电，波及电网，给国民经济和人民生活带来严重损失。3 变电所的总体分析及主变选择3.1 变电所的总体情况分析本期为一期工程，建设规模为49.5MW。本期工程发电机单台推荐容量1500kW，共33台。每台风力发电机接1台1600kVA箱式变压器，将机端690V电压升至35kV，接入35kV集电线路，经35kV架空线路送至风电场升压站。升压变电站经过1台升压主变压器将电压提高到110kV送至地方110kV电网。变压器容量过大或台数过多，会造成投资的浪费，占地和运行损耗增加；容量过小，则发出的电能就无法全部送出到电力系统或满足风电场内部负荷需求。因此，应该合理地选择变压器的容量和台数3.2 主变压器容量的选择 主变压器容量的选择应根据在正常运行时有最大功率通过时不过载的原则来确定，避免出现功率的“瓶颈现象”。同时过大的容量不仅会增加投资，而且还会加大有功和无功的损耗，增加运行费用，出现“大马拉小车”的现象。考虑到风力发电场负荷率较低的实际情况，及风力发电机组的功率因数在1左右，可以选择等于风电场发电容量的主变压器2。实际选择变压器容量是在根据上述原则选择的的基础上取相近并稍大的标准值。本期工程发电机容量为49.5MW, 所以选用一台容量为50MVA的三相油浸式双绕组有载调压变压器作为主变压器。3.3 主变压器台数的选择3.3.1主变台数的考虑原则: 变电站主变压器的台数可按如下原则确定：(1)对大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已经构成环网的情况下,以装两台主变为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,设计时应考虑装三台主变压器的可能性；对规划只装两台主变的变电所,其主变基础宜按大于变压器容量的12级设计,以便负荷发展时更换主变。(2) 对于只供电给二类、三类负

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