閆書佳

摘要：35 kV系統(tǒng)是風(fēng)電場(chǎng)電能傳輸?shù)闹匾虚g環(huán)節(jié)。現(xiàn)結(jié)合實(shí)際案例，從系統(tǒng)功能、繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、電能計(jì)量、設(shè)備選型等多方面對(duì)35 kV系統(tǒng)電氣二次回路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，該方案達(dá)到了系統(tǒng)功能齊全、操作便捷、安全可靠的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;開關(guān)柜;繼電保護(hù);監(jiān)控;計(jì)量

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電能成為最重要的二次能源，電能供應(yīng)的穩(wěn)定性問題受到社會(huì)廣泛關(guān)注。近年來，風(fēng)力發(fā)電在電力行業(yè)中所占比例越來越高。

風(fēng)電場(chǎng)由風(fēng)電機(jī)組和配套升壓變電站組成，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)35 kV中壓系統(tǒng)電氣二次回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高35 kV中壓設(shè)備在保護(hù)、監(jiān)控和測(cè)量過程中的安全性和穩(wěn)定性。

1 35 kV中壓系統(tǒng)概況

風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)采用一機(jī)一變的方式在風(fēng)機(jī)出口處經(jīng)0.69/35 kV箱變升壓至35 kV，每6～7臺(tái)風(fēng)機(jī)（總?cè)萘考s25 MW）串接組成一回集電線路后，接入升壓站35 kV開關(guān)柜，升壓站內(nèi)安裝1臺(tái)容量為120 MVA的220/35 kV升壓變壓器。35 kV側(cè)采用單母線接線方式，母線上共接入4面風(fēng)機(jī)組進(jìn)線（約100 MW）開關(guān)柜，即1面無功補(bǔ)償進(jìn)線開關(guān)柜、1面站用變進(jìn)線柜、1面主變35 kV側(cè)出線柜、1面母線設(shè)備柜，另外設(shè)置1套35 kV無功補(bǔ)償裝置。站內(nèi)35 kV系統(tǒng)接線如圖1所示。

目前電力開關(guān)柜的二次回路沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)國(guó)家規(guī)范和項(xiàng)目需求，本工程在設(shè)計(jì)過程中以實(shí)現(xiàn)下列功能為主：

（1）保護(hù)功能：電力設(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)出現(xiàn)過負(fù)荷、短路、超溫等不同類型故障，為盡可能減少損失，二次回路設(shè)計(jì)中需考慮全面、安全、可靠的保護(hù)措施。

（2）監(jiān)控功能：風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過程中，需對(duì)所有電氣設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括電壓、電流、頻率、無功功率、溫度等。

（3）五防功能：為防止運(yùn)維人員誤操作，保障人身和設(shè)備安全，需設(shè)置一套完善的五防系統(tǒng)。

（4）計(jì)量功能：作為追求經(jīng)濟(jì)效益的工程，需對(duì)所發(fā)電量進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)。

2 35 kV系統(tǒng)供電回路

風(fēng)電機(jī)組配套35 kV箱變內(nèi)二次設(shè)備電源采用AC220 V，由箱變自帶690/380 V降壓變壓器及UPS提供，保證系統(tǒng)在斷電情況下持續(xù)運(yùn)行2 h以上。

變電站二次設(shè)備電源采用DC220 V供電方式，35 kV開關(guān)柜內(nèi)設(shè)置兩回DC220 V小母線，一回作為儲(chǔ)能電源給斷路器跳閘機(jī)構(gòu)供電，另一回作為控制電源給柜內(nèi)保護(hù)測(cè)控裝置、智能操控裝置、多功能電表、五防設(shè)備、交換機(jī)等供電。另設(shè)置一回AC220 V小母線，給柜內(nèi)加熱、照明設(shè)備供電。

各小母線電源引自站內(nèi)交直流一體化電源系統(tǒng)，每回進(jìn)線雙套配置，設(shè)置在小母線兩端所在開關(guān)柜內(nèi)，兩路電源進(jìn)線分別引自兩面不同的直流或UPS饋電屏，兩路電源進(jìn)線空開設(shè)置連鎖關(guān)系，同一時(shí)刻只能有一只空開處于合閘位置。

3 35 kV系統(tǒng)繼電保護(hù)

3.1 ? ?風(fēng)電機(jī)組側(cè)升壓變繼電保護(hù)

風(fēng)機(jī)配套0.69/35 kV箱式升壓變35 kV側(cè)裝設(shè)SF6負(fù)荷開關(guān)-限流熔斷器組合電器作為短路保護(hù)。升壓油浸全密封變壓器配瓦斯、壓力釋放、油溫等非電量保護(hù)，用于跳閘和發(fā)信號(hào)。

3.2 ? ?升壓站內(nèi)繼電保護(hù)

升壓站內(nèi)35 kV風(fēng)機(jī)進(jìn)線回路、無功補(bǔ)償進(jìn)線回路和站用變回路選用南瑞科技NSP788-R型保護(hù)測(cè)控裝置，分別安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，裝置采集柜內(nèi)保護(hù)級(jí)（5P30）CT二次側(cè)電流和母線PT二次側(cè)電壓用于內(nèi)部計(jì)算分析。裝置合閘、跳閘出口分別接斷路器操作機(jī)構(gòu)的合閘、跳閘回路，采用斷路器機(jī)構(gòu)自帶的防跳回路，取消保護(hù)裝置防跳功能，同時(shí)柜內(nèi)配置遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)和斷路器操作把手，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的遠(yuǎn)方和就地手動(dòng)分合閘功能。35 kV主變出線回路與主變高側(cè)合用保護(hù)裝置，雙套配置，分別選用南瑞科技NSR-378S型和深圳南瑞PRS-778型保護(hù)裝置，35 kV側(cè)電流和電壓取自柜內(nèi)保護(hù)級(jí)CT和母線PT。35 kV母線保護(hù)選用南瑞科技NSR-371型保護(hù)裝置，單獨(dú)組屏安裝，取母線上各開關(guān)柜內(nèi)保護(hù)級(jí)CT電流和母線電壓用于母線差動(dòng)保護(hù)。各保護(hù)回路跳閘開入和動(dòng)作方式如下：

（1）35 kV風(fēng)機(jī)組進(jìn)線保護(hù)。主要包括電流速斷保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘;過電流保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘;過負(fù)荷保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào);零序過流I段保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘;零序過流II段保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于跳閘。

（2）35 kV站用變保護(hù)。主要包括電流速斷保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘;過電流保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘;零序過流保護(hù)，I段短延時(shí)動(dòng)作于跳閘，II段帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘;站變低壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘;過負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號(hào);本體保護(hù)，變壓器高溫報(bào)警、超溫跳閘。

（3）35 kV無功補(bǔ)償回路保護(hù)。主要包括電流速斷保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘;過電流保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘;過負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號(hào);本體保護(hù)，動(dòng)作于跳閘和發(fā)信號(hào)。

（4）35 kV母線保護(hù)。35 kV母線設(shè)單套母線保護(hù)，動(dòng)作于跳母線上各35 kV開關(guān)。

（5）主變35 kV側(cè)后備保護(hù)。35 kV主變低側(cè)設(shè)置雙套保護(hù)，包括時(shí)限速斷過流保護(hù)：設(shè)兩個(gè)時(shí)限，經(jīng)短延時(shí)跳開本側(cè)分段斷路器，第二時(shí)限跳本側(cè)斷路器;復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)：設(shè)兩個(gè)時(shí)限，第一時(shí)限跳開本側(cè)斷路器，第二時(shí)限跳開主變壓器各側(cè)斷路器;零序電流保護(hù)：延時(shí)動(dòng)作于跳各側(cè)斷路器;過負(fù)荷保護(hù)：動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。

4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

4.1 ? ?風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)主要由中央監(jiān)控層、風(fēng)機(jī)現(xiàn)地監(jiān)控層及場(chǎng)內(nèi)通信設(shè)備構(gòu)成。中央監(jiān)控層配置服務(wù)器、操作員站、打印機(jī)及后臺(tái)監(jiān)控軟件等，現(xiàn)地監(jiān)控層配置風(fēng)電機(jī)組主控及偏航系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)等。

箱變內(nèi)配置NSA6110型號(hào)箱變智能監(jiān)控裝置，主要用于監(jiān)測(cè)35 kV側(cè)三相電壓、電流、高壓負(fù)荷開關(guān)狀態(tài)信號(hào)和油溫、油位、壓力釋放閥壓力等非電量信號(hào)，監(jiān)控信息經(jīng)RS485信號(hào)發(fā)送至機(jī)組現(xiàn)地主控系統(tǒng)。機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)場(chǎng)內(nèi)采用光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，本工程共25臺(tái)風(fēng)機(jī)，根據(jù)集電線路分組情況，以4個(gè)光纖子環(huán)接入升壓站內(nèi)的機(jī)組中央監(jiān)控系統(tǒng)，通信傳輸介質(zhì)采用48芯單模ADSS光纜，路徑與場(chǎng)內(nèi)35 kV集電線路相同。

4.2 ? ?升壓站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

升壓站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要由站控層、間隔層和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。站控層配置主機(jī)兼操作員工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站、公用接口裝置等，其中主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)雙套配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)全部電氣設(shè)備可靠、合理、完善的監(jiān)視、測(cè)量和控制，并具備遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控等全部遠(yuǎn)動(dòng)和時(shí)鐘同步功能，具有與電網(wǎng)調(diào)度中心和業(yè)主遠(yuǎn)程集控中心交換信息的能力。

35 kV系統(tǒng)監(jiān)控處于間隔層網(wǎng)絡(luò)，各35 kV間隔內(nèi)測(cè)控與保護(hù)一體化設(shè)備，完成就地?cái)?shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和斷路器控制等功能。主變低側(cè)單獨(dú)配置測(cè)控裝置，選用南瑞科技NSD500M3型號(hào)，與主變高壓側(cè)測(cè)控裝置組屏安裝。在母線設(shè)備柜內(nèi)配置2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，接入站控層的雙以太網(wǎng)交換機(jī)，采集間隔層測(cè)控?cái)?shù)據(jù)并上送至站控層。開關(guān)柜內(nèi)配置智能操控裝置，選用ER-K500型號(hào)，具備開關(guān)狀態(tài)顯示、溫濕度控制、高壓帶電顯示和閉鎖控制等功能，快捷、方便地對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行監(jiān)視和操作。

5 五防系統(tǒng)

35 kV中壓系統(tǒng)主要采用就地五防措施。各35 kV開關(guān)柜內(nèi)斷路器與母線接地手車設(shè)置電氣閉鎖，防止在母線接地情況下合斷路器;斷路器手車與各自斷路器及柜內(nèi)地刀之間設(shè)置電氣閉鎖，防止線路帶電或接地情況下推入手車;地刀與手車和智能操控裝置設(shè)置電氣閉鎖，防止手車在工作位或負(fù)荷側(cè)帶電情況下合地刀;開關(guān)柜后門與地刀或智能操控裝置設(shè)置電氣閉鎖，防止帶電情況下開后門;母線接地手車與各開關(guān)柜內(nèi)斷路器手車和母線帶電顯示器設(shè)置電氣閉鎖，在其他各柜內(nèi)斷路器手車均處于試驗(yàn)位且母線不帶電的情況下方可推入接地手車。

6 電能計(jì)量系統(tǒng)

機(jī)組側(cè)在箱變內(nèi)690 V進(jìn)線處安裝數(shù)顯電壓表和電流表，用于就地測(cè)量。

升壓站內(nèi)配置一套電能計(jì)量系統(tǒng)，用于采集和處理全場(chǎng)的電能量信息并向電力調(diào)度主站傳送。35 kV側(cè)在風(fēng)機(jī)進(jìn)線柜、無功補(bǔ)償進(jìn)線柜、站用變進(jìn)線柜、主變35 kV出線柜內(nèi)分別配置一只威盛DTSD341型號(hào)的0.2S級(jí)三相四線制多功能電表，采集信息包括各計(jì)量點(diǎn)的正向有功電度、負(fù)向有功電度、正向無功電度、負(fù)向無功電度、帶時(shí)標(biāo)的單點(diǎn)信息等。計(jì)量用PT采用0.2級(jí)、30 VA，CT采用0.2S級(jí)、10 VA。

7 結(jié)語

35 kV中壓系統(tǒng)是風(fēng)電場(chǎng)電能轉(zhuǎn)換的樞紐，本文在系統(tǒng)保護(hù)、監(jiān)控、計(jì)量等方面做了統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，在保證功能完整的前提下，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)可靠性，為風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

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收稿日期：2020-02-05

作者簡(jiǎn)介：陳俊佑（1988—），男，河南鄭州人，工程師，主要從事電力工程設(shè)計(jì)及研發(fā)工作。