孟聪
核工业第五研究设计院 河南郑州 450052
摘要：经济的快速发展，人类对能源的需求量逐步增加，只有合理设计各种能源系统，才能使其安全有效运转，转化成更多的能源，满足人类生产、生活需求。风电迅速的大规模建设，要求风电场的设计尽快成型，加快风电场建设的速度，提高工程建设和管理的整体效率。因此，对风电场电气设计中的相关要点进行总结归纳，对于风电发展有着重大意义。
关键词：风电场；电气系统；设计
1、前言
风力发电主要依靠的是风能转化为电能，风电作为我国发展的可再生能源受到大家的关注，在风电场的建设过程中离不开工程设计，其中风电场电气设计对风电场发电情况有着较大的影响。设计包括很多的内容，风电场主接线的设计、集电线路设计以及防雷系统设计等。
2、风电场设计原则
（1）风电场电气设计应遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，使设计符合安全可靠、技术先进、经济合理的要求，便于施工和检修维护。
（2）风电场电气设计应结合工程的中长期发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，并考虑后期发展扩建的可能。
（3）风电场电气设计，必须坚持节约用地的原则。
（4）风电场电气设计应本着对场区环境保护的原则，减少对地面植被的破坏。
（5）风电场电气设计应本着“节能降耗”的原则，采用先进技术、先进工艺，减少损耗。
3、风电场电气设计的要点
3.1主接线的设计
在设计风电场的主接线的时候，要参看的因素有很多，其中包括送电线路电压等级、使用设备的特点，以及电压系统的稳定等等。风电场的升压站主要考虑的是用电站，这是因为风电场中机组设备的特点决定的，由于设备的特点，在接线的时候讲究简单化，此外还要考虑其他的几个方面：如风电场是否在供电上能实现安全可靠、设备运行的灵敏度，才操作或者是维修设备的时候是否简单。不能忽视的是还要考虑经济的因素。
3.1.1风电场高压侧主接线
风电场升压站高压侧配电装置的基本接线方案主要有变压器—线路单元接线和单母线两种形式。汇集单个风电场电能的升压站宜采用变压器—线路单元接线和单母线两种形式。汇集多个风电场电能集中送出的升压站或兼有风电汇集及风电升压功能的升压站宜采用单母线形式或单母线分段接线。
3.1.2风电场低压侧主接线
风电场低压侧采用的接线方式主要是单母线分段。而低压侧的电压一般有两种形式，一种是35KV；另外一种是10KV。单母线被分为几个段数主要看主变压器的台数，台数为多少，段数就分为几段。而且在每一个母线之间都可以有分段断路器，设置断路器是因为在变压器发生故障，需要维修的时候，母线段上的额风机也能实现风能传送。
3.1.3风电场场用电主接线
风电场升压站场用电系统应由两路独立的电源组成，一路引自主变压器低压侧，另一路从站外电源引接，如原风场的施工电源永久化或从地方升压站获得电源，也可设置柴油发电机组。场用电系统应采用三相四线制，系统的中性点直接接地，系统额定电压380/220V。一般情况下，220kV升压站场用电系统采取单母线分段接线，110kV升压站场用电系统采取单母线接线。
3.2风力机组设计
3.2.1风力机组的起停和并网
风机启动的时候，要有一定特定的条件，就使风速，其最小速度要达到3m/s，如果发电机的速度在27r/min定在绕组可以通过软起极其进入电网。在进入电网的时候，因为使用了旁路基础器，其启动器的功能会发生损耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆并入电网之后，发电机中的电流，要有一定的限制，不能比自身的电流的1.2倍还要低，而且并入电网的时间比较短通常不超过一分钟，风电场风机输出的数量与风速成正比，风速快，数量的量就大。风速慢，数量的量就小。如果风速能够在14-15m/s，输出的数量就不增加。
3.2.2风力机组的特点
风机组的组成具有非常强的复杂性，组件当中主要有转子、叶片等，叶片的空气动力设计是风力漩涡轮机技术在当今生产中应用的具体表现，此外，因为叶片的末端要和地球相比，其旋转了一定的角度，因此，叶片对空气有着非常明显的制动功能，其末端所使用的轴材料一般是碳纤维，因此有避雷防闪的作用。此外支撑负荷部分所使用的材料主要是不锈钢，叶片制动的时候，其相互之间是独立的，不会受到不利的影响，即使叶片的末端出现了运行异常，机组也可以正常的运行。此外齿轮箱的高速轴上还设置了制动装置，这样就可以有效的对故障加以制约，如果出现了紧急事故，可以立即停机，保证机组的正常运行。
3.3风电场集电线路设计要点
对于集电线路的电压选择应根据风电场规模及接入条件等要素因地制宜确定。集电线路优先考虑采用 35 kV 电压等级。风机容量小、塔位距升压站较近或地方用电负荷较大应采用分布式接入系统，集电线路可采用 10 kV 电压等级。风电场集电线路一般情况下优先采用架空线路，当受地形地物等约束条件限制时，如林区、鱼池、公路、其他电力线路等，宜采用电缆线路。
3.4风电场防雷系统设计要点
风电场的过电压保护设计应遵循行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620—1997）。
3.4.1风电场直击雷过电压保护
风机本身防雷系统设计得很完善，从叶尖至塔筒下部通过接地电缆接到主接地网，风机制造商要求该接地网电阻不大于4Ω。箱式变电站处于直击雷保护范围之内且与风机共用接地网，因此不再考虑其他防雷措施。风电场的集电线路全程装设避雷线，并逐基杆塔接地。若是电缆（三芯电缆）线路，则在箱变或电缆分接箱均应设置避雷器。风电场升压站采取独立避雷针实现直击雷保护。风电场升压站的主控楼应采用沿屋面板及女儿墙敷设避雷带的做法。
3.4.2风电场雷电侵入波过电压保护
对于雷电侵入波，风力发电机组、箱式变压器、线路和线路终端所连接的高压开关柜均应采用参数合适的氧化锌避雷器作为保护装置。
3.5电气二次设备
3.5.1系统继电保护
升压站继电保护的设计主要包括变压器的继电保护、母线的继电保护、场内集电线路的继电保护、无功补偿设备的继电保护、站用变的继电保护，应符合规定。
3.5.2风电场升压站调度自动化系统设计
风电场升压站调度自动化的设计主要包括远动系统、发电功率控制系统、故障录波、电能量计量系统、安全自动装置及风电功率预测系统等，应符合《电力系统设计自动化设计技术规程》（DL/T5003-2005）的规定。根据风电场风能的特殊性及运行的安全稳定要求，风电场故障录波、安全稳定应按照系统要求设计，故障录波装置宜按照64路模拟量、128路开关量进行配置。电测量及电能量计量系统设计应符合《电测量及电能计量装置设计技术规程》（DL/T51372001）的规定。按照电网调度对风电场发电量调度要求应配置风功率预测系统。
3.6风电场升压站通信系统设计要点
风电场升压站通信系统应按照风电场接入系统通信部分的要求进行设计，调度交换机门数设计按照接入系统设计要求，不宜超过40门；光传输设备按照双套设计；升压站设置－48V通信电源，蓄电池按照双套配置。
4、结语
随着经济的快速发展，能源在生产生活中的作用更加凸显。国家产业政策的调整，对风电管理提出了更高要求，因而人们越来越重视风电电气设备的设计与应用。我们需要加强对风电场电气系统设计的研究，提高系统设计科学性，降低设备运行故障率，促进其安全有效运行，创造出更大的价值。
参考文献
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论文作者:孟聪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/17
标签：风电场论文; 系统论文; 接线论文; 母线论文; 过电压论文; 风电论文; 风机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第7期论文;