風(fēng)電場(chǎng)工程中箱式變電站的比較分析與設(shè)計(jì)選型

易一鵬　吉利

【摘 要】從風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)箱式變電站的構(gòu)成及運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，以某特定型號(hào)的箱式變電站為例，從體型、配置、造價(jià)等方面，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上綜合對(duì)比分析了美式箱變、華式箱變和歐式箱變的特點(diǎn)，并給出了風(fēng)電場(chǎng)箱式變電站選型建議。

【Abstract】Starting from the constitution and operation characteristics of box type substation in wind power plant， taking a certain type of box type substation as an example， from the aspects of body shape， configuration， cost and so on， this paper makes a comprehensive comparison and analysis of the characteristics of American box change， Chinese box change and European box change in terms of technology and economy， and gives suggestions for the selection of box type substation in wind farm.

【關(guān)鍵詞】箱式變電站；風(fēng)力發(fā)電；設(shè)計(jì)選型

【Keywords】 box type substation； wind power； design selection

【中圖分類號(hào)】TK83 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）11-0164-02

1 引言

近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，風(fēng)電電能在電網(wǎng)中的占比逐年上升。箱式變電站在風(fēng)電場(chǎng)工程中得到廣泛應(yīng)用，它是風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)第一級(jí)升壓必不可少的設(shè)備。箱式變電站有各種型式，工程中應(yīng)選擇設(shè)備性能良好、安全可靠性高的箱式變電站產(chǎn)品。論文首先分析了風(fēng)電場(chǎng)箱式變電站的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)比分析幾種常用型式的箱式變電站，并對(duì)其選型給出建議。

2 箱式變電站的構(gòu)成與運(yùn)行特點(diǎn)

箱式變電站簡(jiǎn)稱“箱變”，具有組裝靈活、方便運(yùn)輸、便于操作，檢修維護(hù)工作量小等特征，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)工程中。箱變?yōu)轱L(fēng)電場(chǎng)第一級(jí)升壓設(shè)備，其低壓側(cè)電壓一般為AC 0.69kV，高壓側(cè)為AC 35kV。由于風(fēng)場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組之間相距較遠(yuǎn)，為降低發(fā)電機(jī)回路的電能消耗，減少發(fā)電機(jī)回路動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度和數(shù)量，風(fēng)電機(jī)組與箱式變電站一般采用一機(jī)一變的單元接線組合方式。除了海上風(fēng)電機(jī)組等一些箱變置于塔筒內(nèi)部方案以外，箱變一般安裝布置于距離風(fēng)機(jī)塔筒中心約15m處。

箱變將風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能升壓至中壓等級(jí)電壓，再通過(guò)地埋電纜或架空集電線路送到升壓站進(jìn)行第二級(jí)升壓。風(fēng)電場(chǎng)箱變具有如下運(yùn)行特征[1]：第一，變壓器容量小，空載時(shí)間長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)陸上風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)多為1.5MW、2.0MW、2.5MW機(jī)型，容量均不大。第二，低進(jìn)高出的連接方式。風(fēng)電從箱變低壓側(cè)0.69kV進(jìn)線，高壓側(cè)35kV出線，進(jìn)出線均采用電纜連接方式。目前多選用0.69kV/35kV的升壓變壓器升壓，然后通過(guò)集電線路匯集至升壓站35kV配電裝置上。第三，高壓側(cè)配置避雷器。高壓側(cè)避雷器與風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的過(guò)電壓保護(hù)裝置組成過(guò)電壓吸收回路，在高壓側(cè)的絕緣設(shè)計(jì)上應(yīng)充分考慮避雷器殘余電壓對(duì)高壓側(cè)電氣設(shè)備的影響。第四，使用環(huán)境惡劣。我國(guó)風(fēng)力資源豐富的地區(qū)很多都是在極端溫差大、風(fēng)沙盛行、空氣濕度大、鹽霧聚集等環(huán)境惡劣的地區(qū)，箱變?cè)谠O(shè)計(jì)生產(chǎn)中還應(yīng)考慮防塵、防雨、防凝露、防動(dòng)物進(jìn)入以及通風(fēng)散熱的要求。第五，過(guò)載時(shí)間少。由于變壓器容量一般都比風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量大，并且風(fēng)機(jī)內(nèi)部配置有微機(jī)自診斷功能，在風(fēng)機(jī)過(guò)載時(shí)會(huì)自動(dòng)采取限速措施或切機(jī)，箱變很少出現(xiàn)過(guò)載情況[2]。

3 箱式變電站常見分類

根據(jù)箱變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征及所采用元件的不同，用于風(fēng)電場(chǎng)工程中的箱變主要分為美式箱變、歐式箱變和華式箱變?nèi)箢悺?/p>

3.1 風(fēng)電用美式箱變

美式箱變簡(jiǎn)稱“美變”，又稱為組合式變壓器。美變內(nèi)部變壓器均為油式變壓器，是將升壓變壓器器身、高壓負(fù)荷開關(guān)、無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)、熔斷器及相應(yīng)保護(hù)設(shè)備組合而成的組合變壓器[3]，高壓負(fù)荷開關(guān)及熔斷器均安裝于變壓器油箱內(nèi)，且變壓器器身、散熱片及油枕（部分美變廠家配置）一般露置于外界環(huán)境中，其典型特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、造價(jià)低。

3.2 風(fēng)電用歐式箱變

歐式箱變簡(jiǎn)稱“歐變”，又稱為預(yù)裝箱式變電站。歐變一般采用“品”字型或“目”字型布置，內(nèi)部各功能區(qū)間區(qū)分明了，可根據(jù)需要選擇采用油變或者干式變。歐變主要由高壓開關(guān)設(shè)備室、低壓開關(guān)設(shè)備室以及變壓器室組成，高壓設(shè)備室內(nèi)一般安裝高壓真空負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器及隔離開關(guān)進(jìn)行控制保護(hù)，低壓設(shè)備室配置有低壓框架斷路器、浪涌保護(hù)器、以及0.4kV配電系統(tǒng)等。歐變所有元件均封閉安裝于一個(gè)整體外殼內(nèi)，其典型特點(diǎn)是體積大、造價(jià)高、環(huán)境適應(yīng)性好。

3.3 風(fēng)電用華式箱變

國(guó)內(nèi)箱變廠家在吸收美變和歐變技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，改進(jìn)衍生出一種新形式的華式箱變，簡(jiǎn)稱“華變”。與美變相比，華變?cè)黾恿烁邏焊綦x開關(guān)（帶接地開關(guān)），與高壓負(fù)荷開關(guān)形成機(jī)械閉鎖關(guān)系，且負(fù)荷開關(guān)與熔斷器不置于油箱中，在檢修時(shí)形成可見斷點(diǎn)。高、低壓開關(guān)設(shè)備及測(cè)控保護(hù)裝置均安裝于封閉式外殼內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上保留了美變的散熱優(yōu)勢(shì)，將變壓器器身、散熱片和油枕均外置于大氣環(huán)境中。

4 箱變技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組為2.0MW機(jī)型，配套采用2200kVA型式的箱變。對(duì)擬選三種型式的箱變進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1。

5 風(fēng)電場(chǎng)箱變選型建議

歐變整體性能最佳，但一次投資成本最高、體型最大，適用于高海拔、氣候條件惡劣、少人值守地區(qū)，以及對(duì)外形要求高、對(duì)環(huán)保要求高的自然保護(hù)區(qū)、市區(qū)等地方。美變體型小，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于對(duì)外形要求不高、電站巡檢方便的地區(qū)。華變吸收了美變與歐變二者的特征，體型與價(jià)格均適中，性價(jià)比較好，近年來(lái)華變?cè)陲L(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用逐漸增多。

美變、歐變、華變?cè)诩夹g(shù)上均能滿足一般條件風(fēng)電場(chǎng)的使用要求，它們?cè)诩夹g(shù)經(jīng)濟(jì)上存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，項(xiàng)目建設(shè)單位應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目概算、當(dāng)?shù)厥褂铆h(huán)境等因素來(lái)選擇箱變型式。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馮紹興.光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響分析[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2014.

【2】秦睿，董開松，汪紅燕，等.大規(guī)模光伏電站集中并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響分析及對(duì)策[J].電氣自動(dòng)化，2014，36（03）：57-59.

【3】霍東亨.探討分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（03）：194.endprint