风力发电场接入电力系统电气设计



源世界发展动力2010年BP世界源统计年鉴题目衰退复苏根该统计年鉴数显示2009年6月开始世界源消费总量开始新攀升源消费量年增长已达3巨消费基数伴着断加快增长趋势源开源已世界性问题仅源结构亟需调整枯竭传统化石源生性生态环境危害性已满足源消费需求发展种干净生新型源成迫眉睫务风种便利生源年利风估计53000TWh（53万亿度）说取竭干净环保环境危害种前景新型源目前风利技术已基成熟生源技术领域仅次水电技术国风储量丰富分布广泛发展风成国调整源结构增加源产量较选择外风解决偏远区电方面代作
文首先风力发电机系统工程概况分析选定集电线路接线电通集电线路进入升压站参数进行电气设备选型
1 风力发电机组概述
风力机风轮结构气流中位置体分水轴风力机垂直轴风力机两类水轴风力机风轮围绕水轴旋转 工作时风轮旋转面风垂直图11示风轮叶片径安置旋转轴相垂直风轮旋转面成角度φ(安装角) 风轮叶片数目少视风力机途定风力发电风力机般叶片数取1～4(2 片3 片) 风力提水风力机般取叶片数12～24叶片数风力机通常称低速风力机低速运行时较高风利系数较转矩起动力矩起动风速低适提水叶片数少风力机通常称高速风力机高速运行时较高风利系数起动风速较高叶片数少 输出样功率条件低速风轮轻 适发电
风力发电系统顾名思义风力机系统发电机系统构成系统控制控制风力机系统包括风轮机舱偏航系统发电系统包括发电机历次调节器转速传感器等

图11风轮气流图
11 风力机结构
风力机外部结构分风轮机舱塔筒基础
111 风轮
风力机区机械特征风轮风轮般2～3 叶片轮毂组成 功风转换机械型风力机常优质木材加工制成 表面涂保护漆 根部轮毂相接处良金属接头螺栓拧紧中型风力机叶片表皮采复合材料玻璃纤维中间两根梁负荷材料中间夹层轻质泡沫材料层分成型然梁粘接风力机叶片轮毂
轮毂风轮枢纽 叶片根部轴连接件叶片传力通轮毂传递传动系统传风力机驱动象时轮毂控制叶片桨距(叶片作俯仰转动) 通改变叶片仰角实现功率调节称变桨系统型风力机中 常采带控制系统电机液压机构控制叶片桨距图12示












图12变浆系统
112 机舱
风力发电机机舱分步型机舱异步型机舱
（1）异步型机舱
机舱致齿轮箱 发电机机座调速器限速器调器停车制动部分组成机舱结构图13示

图13 机舱结构图
低速轴高速轴齿轮箱联轴节制动器组成风力机传动系统作低转速动转化控制高转速动带动发电机
发电机双速异步发电机滑差调绕线式异步发电机双馈异步发电机三种类型设计选WT165082型风力发电机组采水冷双馈异步发电机特点采强迫风冷（IC666IC616）水冷（IC41W） 安装方式IMB3防护等级IP54滑环防护等级IP23转子采类似牵引电机成熟变频绝缘结构具抗高频谐波击力：采绝缘轴承系统接电刷消轴电流轴承寿命影响：定子绕组装热电阻传感器实时监控定子绕组温升：碳刷工作寿命长具碳刷磨损动监测功需变频器功率风机整机价格低功率数调节范围宽需功率数补偿装置转速范围宽网时电网击干扰输出谐波畸变参数见表11
表11 YFF005型165MW水冷双馈异步风力发电机参数表
额定功率
1670KW
额定效率
97％
冷方式
IC41W
定子转子额定电压
690V443V
定子转子额定电流
1167A394A
定额类型
S1
定子输出频率
50Hz
转子开路电压
2188V
额定转速
1800rmin
定转子接线方式
△Y
重量
6300KG
发电机防护等级
IP54
滑环防护等级
IP23
绝缘等级
H
运行转速范围
1000～2000rmin
运行环温
30～40℃
切入风速
3ms
切出风速
25ws
额定风速
12ms
生存风速
525ms

（2）步型机舱
步型机舱异步型机舱区前者没增速系统齿轮箱高低速轴等发电机机舱机舱包括偏航轴承轮毂操作盘起实现偏航系统维护时锁定轮毂轴承轮毂冷等作机舱结构图14示









图14 步型机舱机构图
113偏航系统
偏航系统风力发电机组控制系统相配合风力发电机组叶轮始终处迎风状态充分利风提高风力发电效率机架嵌滑动元件偏航齿圈滑动偏航齿圈塔筒连接根风记录信号安装机架偏航系统步电机驱动机舱塔筒连接偏航齿圈转动
偏航系统：偏航轴承偏航驱动装置偏航制动器偏航计数器纽缆保护装置偏航液压回路组成图14示

图15偏航系统实图
114 塔筒
塔架张线支撑式悬臂梁式两种基形式塔架材料木杆铁圆柱结构钢材做成桁架结构塔筒风力发电机获较高稳定风速风轮处风佳位置：风轮机（机舱）提供满足功求固定支撑提供安装维修等工作台等作
12 风力发电机原理
恒速恒频发电机系统般说较简单采发电机两种：步发电机鼠笼式异步发电机前者运行电机极数频率决定步转速者稍高步速度转速运行
中步型包括：永磁步发电机电励磁步发电机异步型包括：笼型异步发电机绕线式异步发电机
121 步发电机
风力发电中步发电机绝部分三相步电机输出连接邻三项电网输配电线三相电机般相额定功率单相电机体积效率高便宜功率仅单电网少数情况考虑采单相发电机
（1）三相步发电机原理
普通三相步发电机结构原理图16示定子铁心槽槽嵌均匀分布空间彼相隔120°电角三相电枢绕组转子装磁极励磁绕组励磁绕组意直流电流IT电机产生磁场转子风力机带动旋转磁场定子三相绕组间相运动定子三相绕组间相运动定子三相绕组中感应出三幅值相彼相隔120°电角度交流电势
(2) 三相步发电机交流电势频率
三相步发电机交流电势频率决定电机挤兑数p转子转速n
fpn60
相绕组电势效值 E0k1ωϕ
式中ω2πfϕ励磁电流产生极磁通k1电机极数相绕组匝数关常数

图16 三相步发电机结构图
（3）步发电机优点
步发电机优点电网负载提供功功率台额定容量125kVA功率数08 步发电机提供100kW额定功功率时电网提供+75kW75kW间功功率值仅网运行单独运行满足种负载需
步发电机缺点机构控制系统较复杂感应发电机高
122 异步发电机
(1) 异步发电机原理
异步发电机陈伟感应发电机鼠笼式绕线式两种恒速恒频系统中般采鼠笼式异步发电机定子贴心定子绕组结构步发电机相转子采鼠笼型结构转子铁心硅钢片叠成呈圆筒形槽中嵌金属导条铁心两端铝铜端环导条短接转子需外加励磁没滑环电刷结构简单坚固基需维护
（2）异步发电机运行方式
异步发电机两种运行方式网运行单独运行网运行时异步发电机方面电网输出功功率方面必须电网吸收落功功率单独运行时感应发电机电压建立需励程立条件电机身存定剩磁发电机定子端负载联组适容量电容器发电机磁化曲线电容特性曲线交正常运行点产生需额定电压
负载运行时方面转差值增感应发电机优点维持频率f变必须相应提高转子速度方面需补偿负载需感性电流（般负债电感性）补偿定子转子产生漏磁通需感性电流外接电容器产生电容性电流必须空载时增加需相应增加电容值述两求果满足电压频率难稳定严重时会导致电压消失必须动调节装置否负载变化时难避免端电压频率变化
（3） 异步发电机步发电机较
异步发电机步发电机较表12示
表12感应发电机步发电机较
项 目
异步发电机
步发电机
优点
结构
定子步发电机相转子鼠笼型结构简单牢固
转子励磁绕组阻尼绕组机构复杂
励磁
电网取励磁电流需励磁装置励磁调节装置
需励磁装置励磁调节装置
尺寸质量
励磁装置尺寸较质量较轻
励磁装置尺寸较质量较重
网
强制网需步装置
需步重合闸装置
稳定性
失步现象运行时需适限制负荷
负债急剧变化时失步
维护检修
定子维护步电机相转子基需维护
定子外励磁绕组励磁调节装置维护
缺点
功率素
功率数输出功率决定调节需电网供励磁功电流导致功率数降
功率数容易通励磁装置调节滞功率数运行超前功率数运行


击电流
强制网击电流时需限流措施
步装置网时击电流
电压调节单独运行
单独运行时电压频率调节较困难
单独运行时方便调节电压
13 变速恒频发电机系统
变速恒频系统风力机高量转换效率外结构实中优越性利电力电子装置实现变转速运行佳化方法种发电系统两部分组成发电机电力电子变化装置电力电子装置交流直流交流变换器交流交流变化器等面结合发电机电力电子变化装置介绍两种连续变速发电系统
131 步发电机交流直流交流系统
变速风力发电机组轮毂风速相匹配通轮毂转速风速匹配实现风机械佳转化变化轮毂转速会导致发电机输出频率发生变化发电机输出电直接入电网需电力变频器者交直交变频器首先频率变化交流点转化成中间直流电然直流电逆变成电网频率致交流电
种步发电机交流直流交流变换器组成变速恒频发电系统缺点电力电子变化器处系统回路容量较价格较贵
132双馈发电机系统
双馈发电机结构类似绕线型感应电机定子绕组直接接入电网转子绕组台频率电压调低频电源（般采交交循环变流器）供三相低频励磁电流图17出种系统原理框图

图17 双馈发电机系统原理图
转子绕组通三相低频电流时转子中形成低速旋转磁场磁场旋转速度(n2)转子机械转速(n1)相叠加等定子步转速(n1)nr±n2n1发电机定子绕组中感应出相应步转速工频电压风速变化时转速nr变化nr变化时相应改变转子电流频率旋转磁场速度补偿电机转速变化保持输出频率恒定变
系统中采变频器种频率变化成种较低频率电力变化装置半导体开关器件采线路换获较输出电压电流波形输出频率般超输入频率13电力变化装置处发电机转子回路（励磁回路）容量般超发电机额定功率30
种系统中发电机超步运行（转子旋转磁场方机械旋转方相反n2负）次步速运行（转子旋转磁场方机械旋转方相反n2正）前种情况定子想电网馈送电力时需转子馈入部分电力
述系统发电机传统绕线式异步发电机类似般具电刷滑环需定维护检修目前正研制种新型刷双馈发电机采双极定子嵌套耦合笼型转子种电机转子类似鼠笼式转子定子类型绕组双馈异步电机定子6出线端中3直接三相电网相连余3通变频器电网相连前3端子输出电力频率电网频率样三端子输入输出电力频率相转差频率必须通电力变化装置（交交变频器）变换成电网相频率电压联入电网种发电机系统具普通双馈发电机系统优点外优点电机结构简单没电刷滑环基需维护
双馈发电机系统电力电子变化装置容量较适合型变速恒频风电系统
14 风电机组电气部分
141 控制系统概述
风力机功通微处理器控制系统实现该控制系统处理器机构时方式进行工作通光纤连接控制传感器保证高安全性达信号传输速度时保护受杂散电压雷击破坏操作计算机确定风轮转速设计值叶片浆距电力系统轮毂变桨距机构控制
操作控制系统包括三PLC 两位机舱处位塔架基础处位机舱处中PLC 作机工作外两PLC 作属工作PLC 均定义功范围分控制WEC 部分
位机舱处作机操作PLC 控制WEC 安全链电源变频器冷系统机舱处作属操作PLC 控制轮毂系统UPS 系统塔架基础处PLC 户接口
PLC 间通讯Ethernet 实现变桨偏航系统电源变频器通两独立CAN 总线连接机舱塔架基础间通讯通光纤连接实现通讯电镀连接智设备均机远程编程置位
SINOVEL 够监控涡轮工作状态检查子系统状态传感器例温度速度压力等均通操作控制系统测量检验某传感器风传感器直接影响WEC 测量查WEC 工作状态否稳定
142蓄电池
存风力季节性变化特风速变化机性风场风速启动风速时控制室开关站面着停电状况风力发电场带巨明危险时候蓄电池时续电源风力发电场消未知障风险降低
风力发电系统中常铅酸蓄电池次碱性蓄电池犹豫铅酸蓄电池具运行温度适中放电电流根电解液重改变检查电池荷电状态储存性成较低等优点目前蓄电池生产中保持着领先位
144 变频器
风力机变速发电机+变频器系统变桨系统作通变速系统够保证电产出效率机械压力电质量等方面达佳值系统程度避免出现浪涌峰值负荷发电机提供运行控制装置允许偏载时滑量输出功率波动额定定负载范围风力机够恒定功率运行风力机产生功功率力允许户电网运营商求进行功功率目标理
变速发电机工作原理根双馈绕线式发电机加IGBT技术变频器理念风轮转速系统保证电网匹配电压频率持续发电根风速风轮转速功率够动进行调节
低步转速时发电机定子电网输送100电外变频器通发电机滑环转子提供转差功率
高步转速时发电机通定子约83功率输送电网剩余功率（约17）发电机转子通变频器输送电网
变频器新IGBT技术微处理器控制电力电子器件控制脉宽调制技术获接闪变电调节功功率理低失真低谐波含量提供新高质量：风













2 工程概况
某风力发电场座落海拔1200米高山区总装机容量363万千瓦设计安装22台165兆瓦风力发电机组机年发电量6千万度
21 电力系统情况
该市现拥电源装机容量 2263616MW中水电1467116MW火电7965MW拥220KV变电5座110KV变电10座风力发电厂属县目前火力电源现水电装机100MW区电源某水电站(3×12MW)2006年统调电量约70MW 0 294TWh预计2010年92MW 0 394TWh 2015年147MW 0 689TWh 2020年214MW1 039TWh目前拥220 kV变电1座 110 kV公变电站3座预计2010年 110 kV电网新建110 kV变2座扩建110 kV变1座
该县电网整体供电趋势期县电网供电形势非常严峻改变局面效办法增加变电容量时开发新电力资源该风电场投产改善缓解供电压力起积极作
风力发电场规划装机22台总容量363万千瓦工程110KV电压接入系统风电场发电通回110kv架空输电线路接入山110kv变电
22 环境概况
某风力发电场座落海拔1200米高山区年高温度30度年低温度15度年均高温度20度年均降雨量1699mm年霜天数28天年雷暴日40天
根2005年实测数统计风电场面区域10m高处风速584ms拟装轮毂高度70m处风速656ms风功率密度接300Wm2风电场导风风功率密度方均SSW场区实测空气密度1022kgm3

3 电气接线
现代电力系统巨严密整体类发电厂变电站分工完成整电力系统发电变电配电务接线坏仅影响发电厂变电站电力系统身时影响工农业生产民日常生活发电厂变电站接线必须满足基求
(1) 运行
断路器检修时否影响供电设备线路障检修时停电数目少停电时间长短否保证重户供电
(2) 具定灵活性
接线正常运行时根调度求灵活改变运行方式达调度目种事设备检修时快退出设备切障停电时间短影响范围检修检修时保证检修员安全
(3) 操作应简单方便
接线应简单清晰操作方便操作步骤简单便运行员掌握复杂接线仅便操作会造成运行员误操作发生事接线简单满足运行方式需会运行造成便造成必停电
(4) 济合理
接线保证安全操作灵活方便基础应投资年运行费占面积少发挥济效益
(5) 应具扩建性
国工农业高速发展电力负荷增加快选择接线时考虑具扩建性
变电站电气接线选择决定变电站电力系统中位环境负荷性质出线数目少电网结构等



31 风电场升高电压选择
风电场单机容量采1650MW出口电压690V台风机配置台箱式变电站根风电场装机规模接入系统电压等级风电场输变电系统采二级升压方式箱变电压两电压等级供选择
箱变高压侧10kv：风电机出口电压690箱式变电站升压10kv接入风电场升压站升压站变压器二次升压110kv接入系统
箱变高压侧35kv：风电机出口电压690箱式变电站升压35kv接入风电场升压站升压站变压器二次升压110kv接入系统
面两种箱式升压站进行济性较表31示
表31 电损耗（折算济）较表
箱变升高电压
10kv
35kv
备注
序号
名称
规格
（万元）年
（万元）年

1
10kv箱变损耗
YBF100691800
467

22台
2
35kv箱变损耗
YBF4050691800

5048
22台
3
11010kv变损耗
SFZ94000011010
252

1台
4
11035kv变损耗
SFZ94000011035

333

5
10kv线路损耗
10kv LGJ120
610


6
35kv线路损耗
35kv LGJ120

284

合计
1329
11218

差价
0
2072


说明：1变压器负载损耗GBT 6451线路参数查手册
210kv线路电流取3台风力发电机电流
335kv线路电流取8台风力发电机电流
4运行时间取2200h损耗时间取1000h
5电价取05元kwh
较结：
箱变高压选择10kv设备投资年运行费
箱变高压选择35kv设备投资年运行费
综合较工程箱式变电站高压采35kv电压等级


32 风机——箱变组合
风力发电机单机容量1650kw出口电压690v箱变升高电压35kv
机变组合具投资低电损耗少接线简单操作方便等特点台箱变台风机障时影响风机正常运行
根风电场单机容量数量特点减少集电线路回路数降低投资工程箱变高压侧采联合单元接线风机布置线路走划分风电场设两组联合单元11台组
321 35kv箱变选择
（1）台数确定：根台风力发电搭配台箱式变电站方案供需22台箱式变电站
（2）容量确定：单元接线中箱式变电站容量SN 应发电机额定容量扣机组负荷预留10％裕度选择
SN 11 PNG(1KP)COSφα
PNG — 风力发电机容量
SN — 通箱式变电站容量
KP — 风力发电机组电（KP 10）
COSφα — 发电机额定功率 （COSφα 085）
发电机额定容量1650 kW扣机组电变压器容量：
SN 11 PNG(1KP)COSφα 165×09085 1747 MVA
计算结果选取容量1800KVA箱式变电站根风力发电场设计验选择紧凑型风力发电箱式变电站——YBF405069 空气冷箱式变电站该产品降低欧式箱变造价解决美式箱变保护全欧式箱变通风散热良缺点





33 升压变电站接线设计
331升压变电站接线设计原基求
（1）性：
供电性电力生产分配首务接线应首先满足求①断路器检修时宜影响系统供电
②断路器母线发生障母线计划检修时应量减少进出线停运回路数停匀时间保证级负荷全部部分二级负荷供电
③量避免发电厂升压站全部停运性
（2）灵活性：接线应满足调度运行检修扩建时灵活性
（3）济型：接线满足性灵活性等求前提应做济合理
①投资省②占面积③电损失
332升压变电站接线方案确定
通综合分析确定35kV进线2回出线1回35kV采单母线接线110kv出线回110kv采变压器线路接线
图31 升压变电站次部分接线
34 变台数容量型式确定
341 选择变压器般原
(1)相数确定：330KV电力系统中般选三相变压器单相变压器投资时配电装置结构复杂增加维修工作量500KV电力系统中变相数选择更重考虑负荷系统情况保证供电性般选单相变压器
(2)绕组数确定：发电厂升高级户供电系统连接时采双绕组变压器三绕组变压器发电机额定容量采耦变压器般机组容量125MW发电厂采三绕组变压器
(3)接线组调压方式确定：载调压较容易稳定电压减少电压波动选择载调压方式规程规定电力系统般求10kV变电站采级载调压变压器站变压器选载三圈变压器国110kV电压变压器绕组采Y连接35kV采Y连接中性点通消弧线圈接35kV电压变压器绕组采连接
(4)升降压结构确定：分升压结构降压结构发电厂般采升压结构低压绕组中间
342 台数确定
风力发电场总装机容量363MW根容量变压器选择两台20000KVA台40000KVA变压器风电场总装机容量110kv侧回出线时出济考虑设置两台20000kVA变压器设置台40000kVA变压器增加35kV110kV高压设备投资约240万元工程确定装设台40000kVA变压器
353容量确定：机组厂负荷留10裕度双绕组变压器
SN 11 PNG(1KP)COSφα
PNG — 风力发电机容量
SN — 通变容量
KP — 厂电（KP 10）
COSφα — 发电机额定功率 （COSφα 085）
发电机额定容量1650 kW扣机组电变压器容量：
SN 11 PNG(1KP)COSφα 363×09085 38435 MVA
变参数表32示：
表32 变压器参数表
型号
额定 容量（kVA）
额定电压（kV）
损耗（kW）
空载电流（）
短路阻抗（）
联结组标号
高压
高压分接
低压
空载
负载
SFZ940000110
40000
110
±8×125
105
404
156
058
105
YNd11
鉴风电场特殊环境建议变压器布置户

35 场变变台数确定接线方式
发电厂电力生产程中量电动机拖动机械设备保证设备辅助设备正常运行电动机全厂运行操作试验修配明等电设备总耗量称厂电见位重性
351场变台数确定
工程场电设2台场变压器中回场变电源引升压站35kV电压母线电网引接回35kV专回路作厂电备电源
352 站变型式选择
考虑目前国配电变压器生产厂家情况实现电力设备逐步油化渡目标选干式变压器
站变参数表33示：
表33 场变压器参数
型号
电压组合
连接组标号
空载损耗
负载损耗
空载电流
阻抗电压
高压
高压分接范围
低压
SCB20010
1110510
±5
04
Dyn11
07
26
18
4
SCB20035
3335385
±5
04
Dyn11
10
31
22
6

353 场变接线方式
风力发电场设计安装两台厂电变压器台电网接入升压站10kV备电源变压器型号SCB20010台35kV母线接场变压器型号SCB20035两台变压器间采备电源动投入装置连接保证升压站停电场变接线图32示


图32 场变压器接线方式


354备电源动投入装置
风力发电场采两回厂电源进线电源容量线路均留备备电源动投入装置完成工作电源线路障时安全迅速配电源线路投入装置（AAT）操作电源分直流操作交流操作两种直流操作AAT装置采电磁式操作机构交流操作AAT装置目前广泛采弹簧操作机构电路电压等级分高压网络低压网络高压网络AAT
装置均作高压断路器低压AAT装置作接触器低压短路气机构分电磁型静态型
（1）电源动投入装置基求
① 工作电源电压种原消失时AAT装置均应动作
② 必须保证工作电源断开投入备电源备电源应足够搞电压时方允许备电源动投入动作时间短利恢复电供应
③ 应保证AAT装置工作次免备电源投入持续性障母线造成高压断路器次重复投入
④ 电压互感器熔断器软短时AAT装置应误动作熔断器熔断作AAT气动元件低电压继电器应纺织物启动措施
⑤ 备电源容量应足够选择种设备时应考虑AAT装置投入满足启动求引起备设备严重负荷否应AAT装置动作时动切部分负荷
（2）备电源动投入装置配置
①母线断路器装设检压投装置
动投入条件识两电源进线均工作母联短路器断开
动投入步骤检侧侧母线压该侧电源进线断路器电流时检侧侧母线压延时跳压母线电源进线断路器确认断路器跳闸（非手跳）起动动装置瞬时投入母联断路器
动投入成功充电保护应动退出
②线路断路器装设检压投装置
投条件：识两电源进线工作备母联断路器合入
投步骤检侧（中低压）两母线均压延时跳工作电源进线断路器确认断路器跳闸（非手跳）起动动装置投入备电源进线断路器
投成功充电保护应动退出
中桥接线起动总出口变压器保护保护动作闭锁 电源动投入装置
母线保护动作闭锁配电源动投入装置
（3）AAT选型
根电气工程手册相关规定初步选定AAT型号：RCS9651CS参数表34示

34 AAT参数表
额定频率
50Hz60Hz±10％
相序
ABC
额定电流（In）
1A
5A
线性范围
20A
100A
连续载力
10s载力
1s载力
动稳定电流（半波值）
3In
30In
100In
250In
3In
30In
100In
250In
额定电流功耗
< 02 VA相
< 05 VA相









4 短路电流计算
41短路电流计算目
电力系统电气设备设计运行中短路计算解决系列技术问题缺少计算
（1）选择足够机械稳定度热吻定电气设备例断路器互感器瓷瓶母线电缆等必须短路计算作里包括计算击电流校验设备点动力稳定度时段干时刻短路电流周期分量校验设备热稳定度计算指定时刻短路电流效值校验断路器断流力等
（2）合理配置种继电保护动装置正确整定参数必须电力网中发生种短路进行计算分析计算中知道系统中某节点电压值
（3）设计选择发电厂电力系统电气接线时较种方案接线图确定否需采限制短路电流措施等进行必短路电路计算
42 风电场短路计算难点
（1）仅系统角度考虑风场等效风电机组忽略风场部机电线路影响风场集电线路电压等级低线路长风场等值功率数单机组差较忽略集电线路阻抗
（2）计算考虑风场架空线路电缆线路影响台风电机组高压侧汇集条线路接变低压侧未考虑风机间集电线路实际接线系统差较
见目前研究选取短路点风场升压站变高压侧面变低压侧风场风机间短路计算少研究
421 风电场短路计算处理思路
双馈感应异步发电机言短路电流计算中课题处理思路：
（1）风力发电机出口箱变低压侧线路短路时直接相连风机具备短路点提高短路电流力
（2）双馈电机运行稳定性箱变高压侧升压站35kV母线集电线路变高低压短路时发电机组作步发电机处理
系统侧069kV短路点提供短路电流根风机厂家求069kV侧发生短路障时降低系统提供障点短路电流选择变压器阻抗电压较
风场实际运行情况：风机出口069kV侧发生短路相连风电机组退出运行系统侧箱式变压器障点提供短路电流
422 风电场短路点选择
根某实际风电工程选取具代表性典型短路点：
d1 点——110kV母线
d2 点——35kV母线
d3 点——35kv单回集电线路末端（箱变高压侧）
d4 点——069kV风力发电机出口
42 短路电流计算
421 系统接线图


图41 系统接线图



422 系统等值网络

图42 系统等值电路图
（1） 短路点选择：d1 ：110 kV出线
d2 ：35 kV母线
d3 1# 集电线路出线
（2） 设基准值： SB 100 MVA VB VaV
查表知： LGJ120 X 0416KM
元件电抗标值：
X1* 0165×(SB S)0033
X2* VS×(SB SN )
0105×(10040)
02625
X3* X×L×(SB 385² ) 208×00675＝01404
(3) 网络化简



图43 网络简化图
图43 计算：
短路点电抗标值：
Xd1* 0033
Xd2* Xd1* + X2* 0033 + 02625 02955
Xd3* Xd1* + X2* + X3*0033 +02625 +0140404359
查短路电流周期分量计算曲线数字：
Id1* 30303 Id2*01 19156 Id2*4 13665
Id2* 3993 Id2*02 3073 Id2*4 3043
Id3* 2500 Id3*02 2179 Id3*4 2624
名值计算：
网络110kV电压级基准电流
IB 500( ×115)kA 2510 kA
d1点短路时短路电流(kA)
Id1 30303×2510 76061
网络35kV电压级基准电流
IB 500( ×37 )kA 7802 kA
d2点短路时短路电流(kA)
Id2 3993×7802 31153 Id2·02 23976 Id2·4 23741
d3点短路时短路电流(kA)
Id3 2500×7802 19505 Id2·02 17001 Id3·4 2624
表41 短路点短路电流名值
短路点
电压等级(kV)
短电流名值（kA）
0s
02s
4s
d1
110
76061
48082
34299
d2
35
31153
23926
23741
d3
35
19505
17001
20472

起始次暂态电流击电流计算：
起始次暂态电流短路电流周期分量初值
d1段路时kim 085
iim1 kim Id1 170713 kA
短路容量：
S′ ×170713×115 34002615 MVA
d2短路时
iim2 kim Id2 57633 kA
短路容量：
S′ ×57663×37 3695276 MVA
d3短路时
iim3 kim Id3 36084 kA
短路容量：
S′ ×36084×372312407 MVA


5 电气设备选择
电气设备载流导体途工作条件异选择校验项目方法完全相电气设备载留导体正常运行短路时必须工作选择原
51电气设备选择般原
（1）应满足正常运行检修短路电压情况求考虑远景发展
（2）应满足安装点环境条件校核
（3）应力求技术先进济合理
（4）类设备应量减少品种
（5）整工程建设标准协调致
（6）选新产品均应具试验数正式签订合格特殊情况选未正式鉴定新产品应级批准
511技术条件
选择高压电器应长期工作条件发生电压电流情况保持正常运行
（1）电压
选电器允许高工作电压Umax低该回路高运行电压UgUmax>Ug
（2）电流
选电器额定电流Ie低 回路种运行方式持
续工作电流Ig Ie>Ig
512校验般原
（1）电器选定应通短路电流进行动热稳定校验校验短路电流般取严重情况短路电流
（2）熔断器保护电器校验热稳定
（3）短路热稳定条件

Qdt——计算时间ts短路电流热效应（KA2S）
It——t秒设备允许通热稳定电流效值（KA2S）
T——设备允许通热稳定电流时间（s）
校验短路热稳定计算时间Ts式计算
ttd+tkd式中td ——继电保护装置动作时间（S）
tkd——断路全分闸时间（s）
（4）动稳定校验
电动力稳定导体电器承受短时电流机械效应力称动稳定满足动稳定条件：

式中 ——短路击电流幅值效值
——允许通动稳定电流幅值效值
（5）绝缘水：
工作电压作电器外绝缘应保证必性接口绝缘水应电网中出现种电压保护设备相应保护水确定
变压器短时载力双回路出线工作电流变化幅度较
计算工作电流应根实际需确定
高压电器没明确载力选择额定电流时应满足种方式回路持续工作电流求

52 集电线路
风机—箱变联合单元接线原箱变35kv高压侧联合形成35kv集电线路集电线路2回集电线路架空线路台风机引35kv架空线35kv架空线进入110kv升压部分采交联铠装电缆终回集电线路接风电场110kv升压变电站35kv母线输电线路采国家标准钢绞线钢芯铝绞线（GB1179）中LGJ12020型稀土锌铝合金镀层钢芯铝绞线接采GJ35钢绞线导线接采防震锤保护


521 集电线路校验
两回集电线路11台风机发电机箱变出线汇集成：
Imax（A）
35KV室外设备选软导线查电气工程专业毕业设计指南初选LGJ120型导线基准温度25℃时载流量380AK值取088
Ial34℃088×3803344>28580（A）
稳定校验 I″19505kA短路电流计算时间 tk02sI0217001kA
计算出 I01 I02＋03(I″－ I02)17752kA
周期分量热效应
Qp1 0212(380445+10315136+289034)
183077 [(kA)2S]
01非周期分量热效应Qnp1T·I″202·19505276089 [(kA)2S]
Qk1 Qp1＋Qnp1 259166 [(kA)2S]
导体正常高工作温度
0＋(al－0)·＝37＋(7037)*(28583344)26110C
查发电厂电气部分表C89：
SminC111488mm2<3344mm2
满足热稳定校验

53 电力电缆
根设计求两条集电线路通电缆连接起终通集电线路送入35kV开关站通查阅JBT 89961999 高压电缆选择导GBT 127062002 挤包绝缘电力电缆附件GBT 3048131992 电线电缆识标志第部分：电线电缆识标志知电缆选择方式电缆允许载流量电缆类型型号
531 电缆选择方法
低压电缆截面积通常允许发热条件选择低压明线路应首先允许电压损失选择允许发热校验高压线路35kV应采济电流密度选择济截面积短路热稳定校验硬铝母线作短路热动稳定校验低压线路满足线路满足保护设备配合求
设计电力电缆属35kV高压线路应采济电流密度选择济截面积
济截面式计算：
AecIcJec
式中 Ic——线路计算电流A
Jec——济电流密度 Amm2导线电缆济电流密度 Jec查表51
表51电缆济电流密度 Jec 单位：Amm2
线路类型
导线材料
负荷利时数Tmax∙r（h）
3000
3000～5000
5000
电缆线路
铜
25
225
200
铝
192
173
154
式计算Aec值选择相Aec值标准截面积Aec种方法适合35kV高压电网
532 电缆选择
（1）#1～#2 电缆
号风力发电机组连二号风力发电机组电缆
Ic105×1653×35×(1+10)2593A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec2593212965A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×16型高压电缆
（2）#2～#3 电缆
二号风机发电机组连三号风力发电机组电缆
Ic105×2×1653×35×(1+10)5196A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec519622598A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×35型高压电缆
(3) #3～#4 电缆
三号风机发电机组连四号风力发电机组电缆
Ic105×3×1653×35×(1+10)7779A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec7779238895A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×50型高压电缆
(4) #4～#5 电缆
四号风机发电机组连五号风力发电机组电缆
Ic105×2×1653×35×(1+10)10372A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec1037225186A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×70型高压电缆
（5）#5～#6电缆
五号风机发电机组连六号风力发电机组电缆
Ic105×5×1653×35×(1+10)12965A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec12965264825A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×70型高压电缆
（6）#6～#7 电缆
六号风机发电机组连七号风力发电机组电缆
Ic105×6×1653×35×(1+10)15558A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec1555827779A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×95型高压电缆
（7）#7～#8 电缆
七号风机发电机组连八号风力发电机组电缆
Ic105×7×1653×35×(1+10)18151A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec18151290755A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×95型高压电缆
（8）#8～#9 电缆
八号风机发电机组连九号风力发电机组电缆
Ic105×8×1653×35×(1+10)20749A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec207492103745A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×120型高压电缆
（9）#9～#10 电缆
九号风机发电机组连十号风力发电机组电缆
Ic105×7×1653×35×(1+10)23342A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec23342211671A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×120型高压电缆
（10）#10～#11电缆
十号风机发电机组连十号风力发电机组电缆
Ic105×10×1653×35×(1+10)25975A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec259752129875A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×150型高压电缆
（11）35kV开关站电缆
集电线路通架空线路输送35kV开关站外改换电缆通电缆沟进入35kV配置室
Ic105×11×1653×35×(1+10)28528A
通国家公司电网输变电典型设计选定YJV 2235kV型电缆——铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆查表51Jec200 Amm2
AecIcJec28528214264A
根高压电缆选择原选择YJV 22353×150型高压电缆
533 高压电缆热稳定校验
根短路点d3周期短路电流YJV 22353×150进行热稳定校验
（1）Qk计算
短路电流计算知：
I″19505 kA
I41I4020472 kA
I205IBI″d3·2019248 kA
Qk(tk12)×(I″2＋10I2tk2＋I2tk)1501468（kA2）s
（2）校验结果
根高压电缆设备厂家提供设备参数出校验结果表52示
表52 YJV 22353×150热稳定校验表
计算数
YJV 22353×150
UNS35kv
UN35kv
Qk1501468 KA2s
I2tt（22052×4）194481 kA 2s
通热稳定校验结果确定电缆选择合格

54高压断路器选择
高压断路器高压回路中起着控制保护作高压电路中重电器设备
(1)型式选择：
次选择断路器考虑产品系列化采型号断路器便减少备件种类方便设备运行检修
(2)选择断路器时应满足基求：
①合闸运行时应良导体长期通负荷电流通短路电流应该具足够热稳定性动稳定性
②跳闸状态应具良绝缘性
③应足够断路力短分段时间
④应长机械寿命电气寿命求结构简单体积重量轻安装维护方便
考虑性济性方便运行维护实现变电站设备化目标SF6断路器成超高压特高压唯发展前途断路器110KV侧采六氟化硫断路器灭弧力强绝缘性强燃烧体积寿命检修周期长存安全问题真空断路器噪音爆炸体积污染频繁操作寿命检修周期长开距短灭弧室巧精确须操作功动作快燃弧时间短开断电源关熄弧触头间隙介质恢复速度快开断区障性适开断容性负荷电流等特点量35KV电压等级中35KV侧10KV侧采真空断路器根持续工作电流短路电流知
541断路器装配位置
断路器安装35kV配置室高压开关柜中取d2d3短路计算值进行断路器选型
542 短路计算时间选择
断路器属电器位35kv母线处取tpr4s tin004s
tn006s
∴tktpr＋tir＋tn41s
543 热稳定校验
（1）Qk计算
短路电流计算知：
I″31153 kA
I41I4023741 kA
I205I41＋03（I″－I41）26965 kA
Qk(tk12)×(I″2＋10I2tk2＋I2tk)2505776（kA2）s
（2）Iw max确定
该回路属G－T回路
Iw max105IN105×363(1732×35)62875 A
（3）UNSish确定
Uns35kv ish iim257633 kA
计算查设备表初步选ZN85405315型断路器参数列表53较：

表53断路器校验表
计算数
ZN85405315
UNS35kv
UN35kv
Imax62875A
IN1250A
I″31153kA
INbr315kA
Qk2505776 KA2s
I2tt（3152×4）3969 kA 2s
Ish57633kA
Ies80KA
表较知选定35kv母线断路器合格
544 热稳定校验
（1）Qk计算
短路电流计算知：
I″19505 kA
I41I4020472 kA
I205IBI″d3·2019248 kA
Qk(tk12)×(I″2＋10I2tk2＋I2tk)1501468（kA2）s
（2）Iw max确定
该回路属G－T回路
Iw max105IN105×1815(1732×35)31438 A
（3）UNSish确定
Uns35kv ish iim336084 kA
计算查设备表初步选ZN853520型断路器参数列表54较：
表54断路器校验表
计算数
ZN853520
UNS35kv
UN35kv
Imax31438A
IN630A
I″19505kA
INbr20kA
Qk1501468 KA2s
I2tt（202×4）1600kA 2s
Ish36084kA
Ies40KA
表较知选定35kv母线断路器合格
55隔离开关选择
隔离开关高压开关设备种隔离电源进行倒闸操作拉合电流电路
选择隔离开关时应满足基求：
（1）隔离开关分开应具明显断开点易鉴设备否电网隔开
（2）隔离开关断开点间应足够绝缘距离保证电压相间闪络情况致引起击穿危工作员安全
（3）隔离开关应具足够热稳定性动稳定性机械强度绝缘强度
（4）隔离开关跳合闸时期性佳跳合闸速度降低操作时电压
（5）隔离开关结构简单动作
（6）带接刀闸隔离开关必须装设连锁机构保证隔离开关正确操作根持续工作电流短路电流知
根断路器计算数（d2短路点）选择隔离开关型号：GW4－35－315
列表较表53示：




表55隔离开关校验表
计算数
GW435315
UNS35kv
UN35kv
Imax62875A
IN630A
I″31153kA
INbr315kA
Qk2505776 KA2s
I2tt（3152×4）3969 kA 2s
Ish57633kA
Ies80KA
表较知选定35kv母线隔离开关合格

56 35kv高压配电装置
高压开关柜金属封闭开关设备俗称定电路方案关电气设备组封闭金属外壳成套配电装置
高压开关柜定线路方案关二次设备组装成种成套配电装置发电厂变配电中作控制保护发电机变压器高压线路作型交流电动机启动保护中安装高压开关设备保护电器监测仪表母线绝缘子等
高压开关柜固定式手车式两类型方便运行检修减少配电装置占面积35kv屋配电装置电气设备选35kv金属金属封闭型移开式高压开关柜
561 35kV高压进线柜
35kV高压进线柜分接入2回风电力发电机组集电线路回11台单机容量1650kW风电力发电机组成
通前集电线路（d3短路点）额定电压额定电流额定断开电流4S断时耐受电流计算选定35kV高压开关柜型号KYN61405 630A 25kA 参数表56示
表56 KYN61405 630A 20kA 参数
电压等级
型号
额定电压
母线额定电流
额定断开电流
4S额定短路耐电流
35kV
KYN61405
405V
630A
20kA
20kA
隔离开关（d3短路点）校验知35kV高压进线柜合格
562 35kV高压出线柜
高压出线柜接入两回35kV风力发电机组集电线路出线回接入变压器低压侧
通前集电线路（d3短路点）额定电压额定电流额定断开电流4S断时耐受电流计算选定35kV高压开关柜型号KYN61405 630A 25kA 参数表51示
35kV高压出线柜参数表57示
表57 KYN61405 1250A 315kA 参数
电压等级
型号
额定电压
母线额定电流
额定断开电流
4S额定短路耐电流
35kV
KYN61405
405kV
1250A
315kA
315kA
隔离开关（d2短路点）校验知35kV高压进线柜合格

57 110kv高压配电装置
110kv高压配电装置处环境潮湿重雾区环境特点风电场110kv配电装置运行维护造成利影响SF6全封闭电器（GIS）设备具占面积少维护量适应性强运行性高等特点较适合工程环境时GIS设备较高电气运行性风电场带非常观济效益110kv配电装置采SF6 全封闭电器设备（GIS）
571 GIS整体结构
（1）GIS断路器隔离开关检修接开关快速接开关电流互感器电压互感器避雷器母线套组成
（1）次部分包括进出线套间全部GIS元件含进线套支架台爬梯等安装需固件便扩建必配套部件
（2）二次部分控制柜界GIS柜体柜间部配线
572 GIS 基参数校验
型号：ZF36126T315040
ZF36126T315040型SF6气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)SF6气体作绝缘灭弧介质灭弧
额定电压：110kV
高功电压：126kV
相数：3相
额定频率：50HZ
额定电流：母线分支线31502000A
额定短路时耐受电流：40kA4s
额定峰值耐受电流：100kA
SF6气体零表压时耐受电压：13×126kV（相）
表58 GIS 校验表
项目
GIS
计算值
额定电压
110kV
110kV
额定电流
3150A
2510A
4s额定短路耐电流（Qk）
I2tt（402×4）3969 kA 2s
Qk3382920 kA2s
峰值耐电流
110kA
76601kA
表计算值短路点d3 短路计算值Qk(tk12)×(I″2＋10I2tk2＋I2tk)
表58校验确定线路该GIS
573 电流互感器断路器特点校验
（1）断路器特点
①断路器操作功低选配弹簧机构液压机构渗油气动机构漏气优寿命长做免维护运行种结构弹簧操作机构具需周期检查性高特点弹簧操作机构宽度雨800mm产品紧凑化
②灭弧触头选特点选特种铜钨合金（CuW）制造受温度高升高限制保证优良导电性种结构必频繁更换维修部件提供较长寿命
③断路器采熄灭弧气吹压力开段电流适应灭弧原理
（2）参数校验




表59 断路器参数校验表
项目
断路器
计算值
额定电压
110kV
110kV
额定电流
3150A
2510A
4s额定短路耐电流（Qk）
I2tt（402×4）3969 kA 2s
Qk3382920 kA2s
额定断开电流
40kA
38687kA
峰值耐电流
110kA
76601kA
表计算值短路点d3 短路计算值Qk(tk12)×(I″2＋10I2tk2＋I2tk)
表59校验确定断路器合格

58电流互感器配置选择
581参数选择
(1)技术条件
①正常工作条件——次回路电流次回路电压二次回路电流二次回路电压二次侧负荷准确度等级
③ 短路稳定性——动稳定倍数热稳定倍数
③承受电压力——绝缘水泄露
(2)环境条件
环境温度风速相湿度
582型式选择
35kV屋配电装置电流互感器根安装条件产品情况采瓷绝缘结构树脂浇注绝缘结构
35kV配电装置般采油浸式绝缘结构独立式电流互感器条件时回路中变压器套穿墙套应优先采套电流互感器节约投资减少占
110KV侧CT选择
根设计手册35KV配电装置般采油浸瓷箱式绝缘结构独立式电流互感器常L(C)系列
出线侧CT采户外式表计测量保护装置需准确度
电流互感器测量时次额定电流量选择回路中正常工作电流13左右保证测量仪表佳工作负荷时仪表适指标
①35kV出线：
Imax105×363(1732×37×085) 62875A
选LCZ35型CT
②热稳定校验
tk1S
Qk(tk12)×（I″2＋10I2tk2＋I2tk）61114表510 电流互感器校验表
计算数
LCZ35
UNS35kv
UN35kv
Imax62875A
IN800A
Qk2505776 kA2s
I2tt 652 4225 kA 2s
Ish57633kA
Ies65KA


59电压互感器配置选择
591参数选择
(1)技术条件
①正常工作条件——次回路电压次回路电流二次负荷准确度等级机械负荷
②承受电压力——绝缘水泄露距
(2)环境条件
环境温度风速相湿度海拔高度震烈度
(3)型式选择
16～20kV配电装置般采油浸绝缘结构高压开关柜中布置位狭窄方采树脂浇注绝缘结构需零序电压般采三相五住电压互感器
235～110kV配电装置般采油浸绝缘结构电磁式电压互感器
592 110kV侧电压互感器选择
电力工程电气设计手册248页35110KV高压装置般采六氟化硫绝缘式电式互感器接110KV线路侧电压互感器
110KV电压互感器放置高压开关柜中选JDQXF—110监视线路电压进行期设置重合闸
表511 六氟化硫绝缘式电压互感器参数（110kV）
型号
额定电压（V）
二次绕组额定输出（VA）
电 容 量
载 波耦 合电 容
次绕组
二次绕组
剩余电压绕组
05级
1级
高压
电容
中压
电容
JDQXF110
110000
100
100
150VA
300VA
125
50
10
准确度
电压互感器次回路电压二次电压安装点二次负荷准确等级求进行选择选 YDR110 型电容式电压互感器
35kV母线PT选择：
选台单相六氟化硫绝缘电压式互感器 ——JDQXF—35
表512 JDQXF35电压互感器参数
型号
额定电压(v)
接线方式
次绕组
二次绕组
剩余电压绕组
JDQXF35
35000
100
1003
YYor

准确度测量
准确度测量计算保护电压互感器二次侧负荷较般满足准确度求二次侧作控制电源时校验准确度处电度表选编05级
PT电网联系统发生短路时PT身遭受短路电流作校验热稳定动稳定


6 电气总面布置配电装置设计
61电气总面布置
611原求
电气总面布置设计安全生产方便理节约投资节约创造条件注意建筑物群体协调整体出发美化环境
(1)满足电气生产工艺流程求：
①首先占面积高压配电装置方位确定
②控楼网控楼选择良位置
(2)慎重确定终规模妥善处理分歧规模
(3)布置紧凑合理量节约
(4)结合形质制宜布置
(5)符合防火规定预防火爆事发生
(6)注意雨风利环境保护
(7)控制噪音
(8)合理分区方便理
(9)利交通运输检修活动
612设计思路
(1)高压配电装置布置
高压配电装置布置升压站35kV配电室风力发电机组集电线路架空线路送升压站外电缆电缆沟进入35kV配电室
(2)变压器厂高压变压器布置
变压器厂高压变压器分布置升压站35kV配电室中变压器室电配电室中
(3)控楼设计
风力发电场采单元控制控楼升压站保持安全距离升压站便节约工程造价采控楼升压站楼
62配电装置设计
621设计求原
(1)贯彻执行国家基建设方针技术济政策
(2)保证运行布置量整齐清晰保证足够安全距离
(3)便检修巡视操作
(4)保证安全前提布置紧凑力求节约材料降低造价
(5)安装扩建方便
622 35kv开关站设计
根风力发电场开关站建设山区特点电气设备安装室
(1)35kv配电室设计
根设计求次设备放置35kV配电室次设备10面35kV电压等级开关柜2台场变9面低压开关柜1台110kV电压等级GIS设备两回风力发电机组集电线路进线通电缆沟引进35kV配置室电缆沟引出通母线瓷瓶接入配电室外变压器通电缆沟接入GIS穿墙套输送出开关站通架空线路接入电网
(2)风力发电场控制室设计
风力发电场控制室设计开关站二楼分值长室控制室构成风电场二次设备放置控制室4套线路控保屏2套连路线路控保屏1套电控保屏等组成











7 防雷接方案
发电厂重电力枢纽旦发生雷击事会造成面积停电重设备变压器等半恢复绝缘部绝缘发生闪络会损坏设备
风力发电场雷害事两方面雷直击升压站二雷击输电线路产生雷电波线路侵入变电
直击雷防护般采避雷针避雷线雷电侵入波防护措施阀式避雷器限制电压幅值时辅相应措施限制流阀式避雷器雷电流降低侵入波陡度
防止变电遭受直接雷击需安装避雷针避雷线辅设良接网装设避雷针(线)应该变电设备建筑物处保护范围应该保护物体避雷针(线)间留定距离雷直击避雷针(线)瞬间电位提高果距离够间发生放电种现象称避雷针(线)电气设备反击闪络逆闪络旦出现高电位加电气设备导致设备绝缘损坏避免种情况发生保护物体避雷针间空气中接装置间应足够距离
防雷保护装置指保护物体避免雷击引雷身利泄入装置电力系统中基防雷保护装置避雷针﹑避雷线﹑避雷器防雷接等装置
71建筑物防雷措施
711防直击雷措施
（1）装设独立避雷器架空避雷线架空避雷网（网格尺寸5m×5m6m×4m）保护突出屋面物体（风帽放散等）均处接闪器保护范围
（2）排放爆炸危险气体蒸汽粉尘道（放散呼吸阀排风等）口外定空间（见GB 500571994规定）应处接闪器保护范围
（3）独立避雷针架空避雷线（网）应独立接装置根引线击接电阻宜10Ω高土壤电阻率区适增击接电阻
（4）独立避雷针架空避雷线（网）支柱接装置保护建筑物联系金属物（道电缆等）间距离：
①空气中距离hx<5RshSk≥04Rsh+01hx
②中距离SE≥04Rsh均3m式中Rsh击绝缘电阻hx保护物计算点高度
（5）架空避雷线（计入弧垂）屋面种突出屋面物体（风帽放散等）间空气距离Sa2h+05L<5Rsh时Sa2≥02Ssh+003(h+05L)（h+05L）≥5Rsh时Sa2≥005Rsh+006(h+05L)应3m始终h避雷线支柱高度mL避雷线水长度m
（6）架空避雷线屋面种凸出屋面物体（风帽放散等）间距离Sa2：（h+L1）<5Rsh时Sa2≥1n04Rsh+006（h1+L1）（h+L1）≥5Rsh时Sa2≥1n01Rsh+012(h1+L1)3m式中L1避雷网中间低点导体支柱距离mh1避雷网支柱高度mn避雷网中间低点导体支柱距离L1数少应取2
（7）独立避雷针杆塔架空避雷线段架空避雷网支柱应少设根引线金属制成焊接绑扎连接钢筋网杆塔支柱宜利作引线
712 防雷电感应措施
（1）防止静电感应产生火花建筑物金属物（设备道构架电缆外皮钢屋架等）凸出屋面金属物（放散风等）均应接防雷电感应接装置金属屋面钢筋混凝土屋面（中钢筋宜绑扎焊接成电气闭合回路）周边隔1824m应采引线接次
（2）防止电磁感应产生火花行敷设长金属物道构架电缆金属外皮等相互间净距雨100mm时应隔30m金属线跨接交叉净距100mm时交叉处应金属线跨接少5根螺栓连接法兰盘非腐蚀环境金属线跨接
（3）防雷电感应接装置工频接电阻R10Ω应电气设备接装置保护防雷建筑物独立接闪器接装置外防雷接装置宜电力店子设备接装置公电力电子设备应考虑电流保护措施
（4）防雷电感应接装置独立避雷针架空避雷线架空避雷网接装置间距离应符合直击雷（4）（5）（6）项求
713 避雷针选择
升压站初步设计长437m宽15m高48m采单根避雷针保护hx48mhxrx15h2hxp
式中 h——避雷针高度m
p——高度影响系数h＜30m取130＜h≤120m时取55hh＞120m时取h120m
初步选定避雷器高度25mp1
rx15h2hxp279m
72避雷器
避雷器保护间隙型避雷器阀型避雷器氧化锌避雷器等种类型作限制气电压高压系统中限制部电压
型避雷器伏秒特性曲线较陡适合线路防雷保护阀型避雷器氧化锌避雷器伏秒特性曲线较坦变电保护设备伏秒特性配合合理保护性较设计采氧化锌避雷器
表511 氧化性避雷器参数表
产品型号
系统额定电压
避雷器额定电压
避雷器持续运行电压
工频参考电压
雷电击2ms残压
方波击耐受电流
kV
kV
kV
≥kV
≤kV
A
Y5WZ151134
35
51
408
73
134
400
Y10W110260
110
100
78
90
260
800

73防雷接
防雷接句话含义说明种防雷保护装置必须配合适接装置雷电泄入效发挥保护作
接指面金属物体电气回路中某节点通导体保持等电位电力系统接功分三类
工作接根电力系统正常运行需设置接求接电阻值约0510范围
保护接设种接电力系统正常运行身安全电气设备金属外壳等加接障条件发挥作求接电阻值处110范围
防雷接雷电流利泄入减引起电压性质似介前两种接间防雷保护装置缺少组成部分工作接保障身安全力措施障发挥作保护接阻值般130范围
731 接装置选择原
工作接保护接接装置连接接装置包括接体接线两部分升压站接装置扁钢圆钢角钢钢组成埋05～1m处圆钢直径≥10mm扁钢截面积≥100mm2扁钢角钢厚度≥4mm钢壁厚≥35mm腐蚀性较弱土壤中应采热镀锌等防腐蚀加截面积接线应水埋设接体截面积相
（1）工垂直接体长度采25m工垂直接体水接体间距离般采5m垂直接体长度
（2）工接体应远离高温影响土壤电阻率升高场
（3）高电阻区采降低接装置电阻措施
（4）降低跨步电压防止直击雷工接装置距建筑物出口行道应3m否应采列措施：
①水接体局部埋深应1m
②水接体局部包绝缘物（50～80mm厚沥青层）
③采沥青碎石面接装置面敷设50～80mm厚沥青层宽度超接装置2m
降低跨步电压接触电压采降低接装置接电阻埋设均压网带等措施
埋土壤中接装置连接应采焊接焊接处作防腐处理
732接体（网）
（1）接电阻确定
电压1kV中性点直接接系统电气设备装接保护系统中性点接单相接短路时继电保护装置障部份切保证单相短路电流足够保证保护动作求接电阻较时接电阻RE1≤05Ω
（2）接装置初步方案：
初步考虑围绕贯穿升压站建筑物四周距离升压站墙角2～3m入圈直径50mm长3m钢接体建筑面积入条贯穿整建筑物接体间采40×6扁钢焊接
（3）计算单根钢接电阻
风力发电场处山电阻率ρ1500Ωm根规定变电站单根接计算公式
R044ρS+ρL≈05ρS
式中 ρ——山电阻率
S——升压站面积
R≈05ρS2929Ω
（4）确定接钢数校验
根RRE12929055858考虑风电场升压站处山雷暴日较初步选定60根直径50mm长3m钢作接体n60al3取η值078：
RER（n∙η）
29（078×60）
0498Ω<05Ω
满足求

733接线
接线连接接体电气设备接部分金属部分金属导体般接采截面积4mm×12mm扁钢直径应6mm圆钢接装置图详见附录六




















8 继电保护方案设计
继电保护配置原首先满足继电保护四项基求满足选择性速动性灵敏性性然类保护工作原理性结合电网电压等级网络结构接线方式等特点进行选择够机配合起构成完善电网保护
81 系统继电保护技术原
811 线路保护原
（1）配置原
①回110kV线路电源侧变电站般宜配置套线路保护装置负荷侧变电站配保护应包括完整三段相间接距离四段零序方流保护
②回11kV环网线电厂网长度低10km短线路宜配置套联保护
③三相次重合闸线路保护装置配置重合闸实现三重停方式
（2）技术求
①线路保护应适应系统次特性电气接线求
②线路两侧联保护配置选型应相互应两侧二次电流相保护软件版应完全致
③保护线路空载轻载满载条件发生金属性非金属性种障i安路保护应正确动作外部障切外部障转换障切瞬间功率倒系统操作等情况保护应动作
④线路发生振荡时保护应误动振荡程中障时应保证切障
⑤保护整组动作时间10ms（包括通道传输时间）返回时间30ms（障切保护出口接点返回）
⑥带偏移特性保护段反出口时应正确动作带偏移特性保护段应动
⑦手动动重合障线路时保护应瞬时三相跳闸合障线路时应动作
⑧保护装置应具良滤波功具抗干扰抗谐波力系统中投切变压器静补电容器等设备时保护应误动作
⑨重合闸应断路器装设实现次重合闸情况应发生次重合闸线路保护出口起动断路器障跳闸应起动重合闸
812 母线保护原
（1）配置原
①双母线接线应配置套母差保护
②单母线分段接线配置套母差保护
（2）技术求
①母线差动保护求采具率制动特性原理保护设置差段母线差保护差作母线区障判元件差作母线障选择元件应具抗电流互感器饱力负荷电压闭锁障母线动选择运行方式适应母联分段失灵死区保护等功
②母线发生种接相间障包括两组母线时相继发生种相间接障时母线差动保护应快速切障
③母线差动保护装置应母线障时流出母线电流引起拒动
④母线保护应受电流互感器暂态饱影响发生正确动作允许变电流互感器
⑤母线差动保护应具复合电压闭锁出口回路措施电压母线闭锁母线联断路器分段断路器电压闭锁
⑥具电流电压回路断线告警功电流回路断线告警外应闭锁母差保护
⑥ 时间求
母线保护整组动作时间20ms
母线保护动作返回时间30ms
813 变压器保护原
（1）配置原
①变压器微机保护分开单套配置保护备保护宜引电流互感器二次绕组采体双套配置套保护分应电流互感器二次绕组
②变压器应配置独立非电量保护
（2）技术求
①高压侧桥接线时求侧电流互感器分引入差动保护装置
②高压侧配置负荷电压闭锁流保护保护动作延时跳开变压器侧断路器中性点设置间隙变压器配置中性点间隙电流保护零序电压保护保护动作延时跳开变压器侧断路器配置零序电流保护保护动作第时限跳开高压侧母联断路器第二时限跳开变压器侧断路器
82 线路保护方案
821 35kV线路保护
接系统配置微机型三段式相间电流保护三相次重合闸（架空线路）低电阻接系统应配置零序电流保护果电流保护满足需应根实际选择配置相间距离保护全线速动保护
822 35kV母线保护
般采变压器35kV侧速断流保护做母线保护单独设置母线保护装置果35kV母线馈出线配置专微机型电流差动保护
83 变压器保护
831基技术条件
（1）交流电源
频率：50Hz允许偏差
波形正弦畸变系数5
额定电压：单项220V波形畸变15~+10
（2）直流电源
额定电压：220V（110V）电压波动范围额定电压80~110
波动系数5
（3）额定参数
交流额定电压：100V100V
交流额定电流：1A（5A）
（4）绝缘负荷GBT 151451994 310 311条规定
（5）抗干扰性试验雷击电压次回路操作开关场障强干扰作二次回路操作干扰作装置应误动拒动
（6）功率消耗
交流电流回路时相05VA
交流电压回路额定电压时相05VA
直流回路正常工作时50W保护动作时80W
832 变压器保护方案
（1）保护
①差动保护率差动保护：保护动作跳开变压器侧断路器
②非电量保护：住变压器厂求装设瓦斯保护压力释放流保护等非电量保护跳闸型非电量瞬间延时跳闸非信号型非电量瞬间延时跳闸信号型非电量瞬间发信号跳闸型非电量保护出口继电器动作时间范围1035ms电压低额定电压55时应动做
（2）备保护
①高压侧配置复合电压闭锁流保护保护动作延时跳开变压器侧断路器配置中性点间隙电流保护零序电压保护保护动作延时跳开变压器侧断路器配置零序电流保护保护动作第时限跳高压测母联（分段）断路器第二时限跳开变压器侧断路器
②低压侧配置时限速断负荷电压闭锁流保护保护二段式第段第时限跳10kV分段第二时限跳开侧断路器第二段第时限跳分段断路器第二时限跳开侧断路器第三时限跳开变压器侧断路器
③侧均配置负荷保护保护动作发信号
④变压器低压侧中性点低电阻接时应配置零序电流保护



结
文首先通单台风力发电机系统工程概况分析选定箱式变电站电压等级集电线路接线方式确定升压站接线方容量计算选定变压器场变型号根短路计算出周期短路电流击电流值选定电气次设备作热稳定校验确定设备选型正确查阅防雷接保护继电保护国家相关规范确定保护方案





















参考文献
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[23] Gao HuIncentive Policies for Wind Power Development in China[J] Electricity2004：04013






致 谢
毕业设计文苏泽光老师悉心指导完成文全程倾注苏老师老师量心血汗水
毕业设计检验锻炼学生实际工程设计力项综合教学环节设计中次兆瓦级风电场接入系统设计中综合运学知识实际贯彻执行国电力工业关方针政策理联系实际老师指导完成某风力发电接入系统电气设计电气次继电保护方案设计培养锻炼独立分析解决电力工程设计问题力实际工作奠定必基础
毕业设计期间电气工程系老师微关心精心教导够断战胜困难走收获诸位老师高尚格渊博知识严谨求实治学态度事业忘工作崇高敬业精神感钦佩受益终生谨苏泽光老师徐祖华老师肖金凤老师盛义发老师等诸位老师表示崇高敬意衷心感谢
期间学热心帮助表示衷心感谢
次感谢诸位老师悉心指导学帮助相信通次实际工程设计锻炼工作中定够战胜种困难祖国电力现代化事业贡献力量

附录 电气设备表

设计序号
设备名称
设备型号
数量（台）
1
风力发电机组
WT1650kW069V50Hz
22
2
箱式变电站
YBF405kV069V1800kVA
22
3
变压器
SFZ940000kVA110kV
1
4
场变压器
SCB200kVA35kV
1
5
备场变压器
S9200kVA10kV
1
6
高压断路器
ZN8535kV315kA
1
7
高压断路器
ZN8535kV20kA
11
8
隔离开关
GW435kV315kA
1
9
高压开关柜
KYN61405kV20kA
1
10
高压开关柜
KYN61405kV315kA
11
11
GIS
ZF36126T315040
1
12
电流互感器
LC235kV
11
13
电流互感器
LVQB110kV
1
14
电压互感器
JDQXF110kV
1
15
电压互感器
JDQXF35kV
11
16
金属氧化物避雷器
Y5WZ151134
1组
17
金属氧化物避雷器
Y10W100260
1组
18
钢芯铝绞线
LGJ12020
2
19
高压电缆
YJV 2235kV3×16
2
20
高压电缆
YJV 2235kV3×35
2
21
高压电缆
YJV 2235kV3×50
2
22
高压电缆
YJV 2235kV3×70
2
23
高压电缆
YJV 2235kV3×95
4
24
高压电缆
YJV 2235kV3×120
4
25
高压电缆
YJV 2235kV3×150
4

附录二 升压站电气接线图














附录三 风电场集电线路接线


附录四 35kV开关站配置图


附录五 风力发电场控制室配置图


附录六 35kV配置室接装置图

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