韓國風電場風機變壓器短路電流校核

摘要：風電場風機側(cè)升壓變壓器是風電場電力系統(tǒng)的重要組成部分。韓國分布式能源對于風機直接并網(wǎng)的特殊規(guī)定決定了必須選擇特殊配置的中壓變壓器來符合當?shù)仉娋W(wǎng)要求.而中壓線路短路電流的設計計算就是變壓器選型中安全性的重要因素.?通過科學合理的短路電流較核計算，不僅能在滿足安全可靠的前提下經(jīng)濟地選擇合適的設備，?也為整個風電項目合理配置做出貢獻.?并且有利于我們對周邊國家相關電力工程熟悉當?shù)匾蠛头e累經(jīng)驗，完善并提高自身技術水平。

關鍵詞：風電 安全 變壓器?短路電流?校核

Abstract：?The step up Transformer of wind turbine is the important components of wind power electric system. The special MV transformer configuration to meet the requirement from local utility according special grid connection regulation of Korea distribution power system. The design calculation of short circuit is one of important factor for transformer safety configuration. By reasonable short circuit calculation and validation， not only suitable to select equipment with economic and safety， but also contributed for the whole wind project better configuration. Also have benefit to know the local requirement and accumulate experience， enhance and improve our technical capability.

Key words：?Wind Power， Safety， Transformer， Short Circuit， Validaiton

1 引言

韓國屬于東亞的發(fā)達國家，其經(jīng)濟發(fā)展尤其是工程項目有很強的規(guī)范性。隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，我們也于2019年參與了韓國的風力發(fā)電工程項目。值得一提的是，本文所述的韓國的風電工程（簡稱CS項目）本身就是一個分布式電力項目，它位于韓國東南部慶尚北道，離浦項約60KM。項目由韓國DAEMYOUNG公司開發(fā)，設計容量20MW，配置6臺西門子歌美颯SWT-3.2-113M直驅(qū)風機。

CS項目位于韓國東部山區(qū)，道路崎嶇且受環(huán)保約束不宜做大規(guī)模開發(fā)。當?shù)卣囊?guī)劃是因地制宜地分散開發(fā)一些小的電力項目，再集中到大的升壓站輸送到骨干電網(wǎng)。比如CS項目的6臺風機之間用埋地電纜連接，線路終端再通過項目的開關站直接并到22.9kV中壓架空線路，最后連接到20多公里外的GIS升壓站連接到154kV的大電網(wǎng)。韓國本地電網(wǎng)的特殊要求是風機出口并網(wǎng)必須采用Y-Y（星-星）連接，因為中壓電網(wǎng)就是Y-Y連接，任何設施直連中壓電網(wǎng)必須要滿足其電壓、頻率等特性完全匹配。而通常的風機側(cè)變壓器繞組設計一般采用Y-△（星-三角）連接，主要考慮是把諧波消除在三角形連接的繞組中，這樣對風機和對電網(wǎng)都是一種保護。西門子歌美颯公司應對客戶的特殊需求，提出了兩種應對方案：一是改造原先塔筒內(nèi)的變壓器，從Y-△變成Y-Y;二是把變壓器和環(huán)網(wǎng)柜放置在塔外形成安全的升壓開關亭，外置變壓器直接采用Y-Y。由于原裝變壓器是在歐洲工廠生產(chǎn)，改造費用高昂，經(jīng)實地考察，最終與韓國本地知名的電氣工程公司LSIS合作，采購LS設計生產(chǎn)的Ynyn0d11變壓器，并配合韓國電網(wǎng)的試驗要求，滿足了項目業(yè)主和當?shù)仉娋W(wǎng)的所有需求。

電氣系統(tǒng)的設計及選型涉及到很多復雜計算，安全性上的一個核心指標就是短路電流的計算。本文對于具體的變壓器設計和施工不再詳述，重點討論工程設計中電力系統(tǒng)的短路電流的計算和校核，從安全性上保證我們的設備選型的科學合理，同時滿足當?shù)仉娋W(wǎng)的特殊要求。經(jīng)過比對韓國現(xiàn)行的電網(wǎng)標準，我們發(fā)現(xiàn)它基本匹配國際IEC標準。比如對于系統(tǒng)短路電流計算，IEC60969都通用于本地要求。

2 系統(tǒng)參數(shù)計算及假設

首先，我們選取系統(tǒng)單線圖（見后圖1）.

通過研究CS項目的電氣系統(tǒng)單線圖，我們得知遠端匯流站及系統(tǒng)基本參數(shù)如下：

基準容量：Sj = 100 MVA;高壓側(cè)（154kV）基準電壓：U1j = 154 kV;中壓側(cè)（22.9kV）基準電壓：U2j = 22.9 kV;基準電壓：U3j = 22.9 kV。

短路節(jié)點的短路電流計算時間t都設為0秒。

系統(tǒng)編號從XT1到XT6是系統(tǒng)中各風機及電氣設備節(jié)點，其單相短路容量：= 3.2?MVA;而編號xt1為網(wǎng)側(cè)節(jié)點，其單相短路容量：= 1e+008 MVA。

對于雙繞組變壓器，編號ZB0為遠端匯流站升壓變，其電壓：154/22.9?kV，型號：S/S MTR，額定容量：Se = 45000?MVA，短路電壓百分比：Ud%?= 10.5，中性點接地電阻未知，正序阻抗標么值：= 0.2333，零序阻抗標么值：=0;

風機側(cè)變壓器編號從ZB1到ZB6，電壓：22.9/0.69?kV，型號：DKCS-1200/10.5-200/0.1，額定容量：Se = 3400?MVA，短路電壓百分比：Ud%?= 7，中性點接地電阻Z未知，正序阻抗標么值：= 2.0588，零序阻抗標么值都等于0。

對于線路，編號為L1的特指從風場到匯流站的外部線路。電壓：Ue = 154?kV，型號：2xLGJ-400/20+4xLJ-185，截面：S = 400?mm2，根數(shù)：n = 1，正序阻抗：X1?= 0.4Ω/km，零序阻抗：X0?= 1.4Ω/km，X0/X1：3.5，長度：L = 25?km，正序阻抗標么值：= 0.0422，零序阻抗標么值：= 0.1476。

3 短路電流計算

首先我們繪出系統(tǒng)等值簡化阻抗圖（見后圖2，3，4）。

4?結(jié)論

（1）分析了韓國風電項目分布式能源的具體要求。詳細對電力系統(tǒng)的短路電流計算進行了驗證。

（2）經(jīng)驗算，CS項目154kV側(cè)三相短路電流為11.744kA，單相短路電流為6.379kA。22.9kV側(cè)三相短路電流為12.601kA，單相短路電流為1.633kA。在和韓國業(yè)主和本地供應商LS充分溝通后，CS項目22.9kV側(cè)設備短路電流水平按21kA進行電氣選擇，這也是韓國常規(guī)中壓設備短路電流的常用配置，完全滿足本工程要求。

（3）綜合來說，LS該款變壓器針對韓國用戶的特殊的要求，在安全性保障方面很好地滿足了可靠性及經(jīng)濟性的需求，對于日后韓國類似工程起到了范本效用。

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作者簡介：羅斌 男，（1975-），男，工程師，碩士。研究方向：新能源能電力工程。