2020海上風(fēng)電場(chǎng)變電站電氣設(shè)計(jì)技術(shù)_第1頁
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海上風(fēng)電場(chǎng)變電站電氣設(shè)計(jì)技術(shù)目錄TOC\o"1-3"\h\u30329一、概述 49076(一)國(guó)外海上風(fēng)電場(chǎng)及海上變電站應(yīng)用 4188101HornsRev海上風(fēng)電場(chǎng)及海上變電站應(yīng)用 4217482Rodsand2海上風(fēng)電場(chǎng) 627791(二)我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)及海上變電站應(yīng)用 78083臺(tái),同一組內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組與同一根35k海底電纜連接,所有風(fēng)電機(jī)組通過4根 724892二、海上變電站 829592(一)海上變電站的特點(diǎn) 8164301結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8292722功能特點(diǎn) 9274623海上變電站與陸上變電站的比較 93240(二)海上變電站設(shè)計(jì) 1052951海上變電站選址 11179292主接線設(shè)計(jì) 1227611三、變壓器與海底電纜 14189971變壓器選型 1419002海底電纜選型 1412261四、電氣設(shè)備選型與驗(yàn)算 156988(一)電氣設(shè)備選擇原則 1523316(二)斷路器選型與驗(yàn)算 1617528(三)隔離開關(guān)選型與驗(yàn)算 1816904(五)互感器選型與驗(yàn)算 2016470(六)母線(35V)選型與驗(yàn)算 2113281(七)GIS設(shè)備選型與驗(yàn)算 2221389五、海上變電站的保護(hù) 2229838(一)雷電過電壓保護(hù) 2212001變電站雷電過電壓分類 22249012雷電保護(hù)設(shè)備 22126133雷擊過電壓保護(hù)措施 22107474避雷線選型 23306935避雷器選型 2320341(二)接地保護(hù) 2421891接地類型 24212112接地方式及要求 24134083接地保護(hù)措施 2411003(三)其他保護(hù) 258279六、短路計(jì)算 2629861(一)概述 2623237(二)短路計(jì)算 2716057 3120880 326117 36一、概述海上風(fēng)電場(chǎng)變電站作為大型海上風(fēng)電場(chǎng)輸電的關(guān)鍵組成部分,對(duì)于整個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)的可靠運(yùn)行,提高海底電纜可靠性并降低海上風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)成本起重要的作用。由于其處在十分特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,因此,其設(shè)計(jì)、安裝及建設(shè)過程中需要考慮眾多問題,如防鹽霧、防潮、散熱和選址等。(一)國(guó)外海上風(fēng)電場(chǎng)及海上變電站應(yīng)用1HornsRev海上風(fēng)電場(chǎng)及海上變電站應(yīng)用如圖所示ornsev海上風(fēng)電場(chǎng)安裝了臺(tái)單機(jī)容量為的海上風(fēng)電機(jī)組,總裝機(jī)容量160MW。該風(fēng)電場(chǎng)2001年起開始建設(shè),2002年通過了驗(yàn)收年完成了最后試驗(yàn),能為丹麥的萬家庭提供足夠的電力,年發(fā)電量達(dá)kWh該風(fēng)電場(chǎng)離岸距離為~20km6~13m當(dāng)?shù)仫L(fēng)速9m/s,每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組之間的距離560m。該海上風(fēng)電場(chǎng)選用的風(fēng)電機(jī)組使用專用的硅樹脂冷卻變壓器,體積小,維護(hù)方便。風(fēng)電場(chǎng)的升壓變電站采用油質(zhì)變壓器,具有散熱效率高、非負(fù)載損耗低等特點(diǎn),同時(shí)具有良好的防火性能。另外,密封性好,無須特殊外殼就能夠在惡劣環(huán)境(潮濕和鹽霧)中運(yùn)行。圖6?1HornsRev海上風(fēng)電場(chǎng)示意圖Hornsev海上風(fēng)電場(chǎng)采用35k海底電纜將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組相連,南北向線性排列形式(見圖6?1),所有的內(nèi)部電纜與位于海上風(fēng)電場(chǎng)東北向的變電站相連,電纜固定于海床上或嵌入海床下1m深處,以防魚類和錨的觸碰。海底電纜是通過高壓噴水沖入海床后固定于海床的。該海上風(fēng)電場(chǎng)變電站模型如圖6?2所示。圖6?2HornsRev海上風(fēng)電場(chǎng)變電站模型風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的電能由150k變電站收集并通過150k電纜傳輸至陸上。變電站平臺(tái)由三根直徑1~2m的地基樁支撐,地基樁采用同風(fēng)電機(jī)組地基相同的方法打入海床,28m的鋼結(jié)構(gòu)搭建而成,7m并置于海平面上14m處(見圖6?2)。2Rodsand2海上風(fēng)電場(chǎng)6?3所示,Rodsand2海上風(fēng)電場(chǎng)位于丹麥Lolland島南端、160MW的Nysted海上風(fēng)電場(chǎng)以西約3km處2風(fēng)電機(jī)組組成總裝機(jī)容量圖6?3Rodsand2海上風(fēng)電場(chǎng)位置圖為207MW,建于2008年8月,投資43億歐元。以每年5000h峰值負(fù)荷計(jì)算,預(yù)計(jì)年發(fā)電量為8億kWh。考慮到諸如視覺效果、鳥類遷徙和導(dǎo)航等環(huán)境因素,以及風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量和建設(shè)成本等因素,需要對(duì)最初設(shè)計(jì)的風(fēng)電場(chǎng)布局作進(jìn)一步優(yōu)化。風(fēng)電場(chǎng)布局的優(yōu)化需要考慮到該地區(qū)的巖土力學(xué)性質(zhì)。優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)布局呈5條曲線狀排列,每條曲線上安置18臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。Rodsand2海上風(fēng)電場(chǎng)采用33kV海底電纜連接風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組,電纜均勻分布于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)。在工程建設(shè)過程中往往還要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的位置作微小調(diào)整。風(fēng)電場(chǎng)的電能由33/132kV變電站收集,并通過132kV海底電纜通向陸上。如圖6?4所示,變電站平臺(tái)由一根基礎(chǔ)樁支撐,采用與風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)類似的方法打入海床。圖6?4Rodsand2海上風(fēng)電場(chǎng)變電站平臺(tái)(二)我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)及海上變電站應(yīng)用近年來,我國(guó)大型海上風(fēng)電場(chǎng)陸續(xù)開工建設(shè)。2010日,我國(guó)第一個(gè)示范性海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目上海東海大橋102W海上風(fēng)電場(chǎng)所有34臺(tái)機(jī)組調(diào)試完畢并全部并網(wǎng)運(yùn)行。上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)位于連接上海和洋山港區(qū)的東海大橋東側(cè)~4km,距離上海市浦東新區(qū)岸線以南~13km的海域,共裝有雙饋風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組南北向間距為500m東西向間距為1000m(根據(jù)航道光纜實(shí)際走向作局部適當(dāng)調(diào)整)。該風(fēng)電場(chǎng)是我國(guó)目前已投產(chǎn)的最大的海上風(fēng)電場(chǎng),也是亞洲首座大型海上風(fēng)電場(chǎng),年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為2600h,年上網(wǎng)電量為2億kWh,可供余萬戶居民用年,相當(dāng)于每年節(jié)約燃煤近t、每年減排20萬tCO2。該項(xiàng)目總投資約為24億元。(10如圖6?5所示,風(fēng)電機(jī)組出口電壓0k經(jīng)過風(fēng)電機(jī)組自帶的箱式變壓器(10~kV)35kV。34臺(tái)風(fēng)電機(jī)組布局分為4組,其中2組8臺(tái)、2組9臺(tái),同一組內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組與同一根35k海底電纜連接,所有風(fēng)電機(jī)組通過4根海底電纜接入岸上升壓站(35/110kV)和控制室,升壓至110kV后接入海洋站(110/220kV變電站),再接并升壓納入上海市電網(wǎng)。圖6?5風(fēng)電場(chǎng)電氣接線模型由于這是我國(guó)第一個(gè)大型海上風(fēng)電項(xiàng)目,并無可借鑒的經(jīng)驗(yàn),且風(fēng)電機(jī)組離岸距離較近,因此,并沒有設(shè)計(jì)和采用海上變電站,而是在臨近的浦東新區(qū)海岸邊建設(shè)了35/110kV升壓變電站,該升壓變電站布置在東海大橋東側(cè)約300m岸線內(nèi)側(cè),占地面積3150m2,其中建筑占地面積為985m2,總建筑面積為2165m2。4條35kV海底電纜全部接入一臺(tái)120MVA的主變壓器,為確保運(yùn)行可靠性,還另外設(shè)置了一臺(tái)備用變壓器。由于變電站靠近海邊,考慮到易受潮和鹽霧,以及用地等環(huán)境因素,因此,設(shè)計(jì)采用了405kV的SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜,經(jīng)過改良使得該變電站的占地面積減少了50%。二、海上變電站(一)海上變電站的特點(diǎn)1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通常,海上變電站主要包括主變室(安放主變壓器)、GIS室(安放全封閉SF6組合電器)、主控室(安放微機(jī)監(jiān)控設(shè)備與繼電保護(hù)設(shè)備)、電容室(安放補(bǔ)償電容)、接地電阻室(安放接地電阻與過電壓保護(hù)設(shè)備)、消防室、員工休息室以及直升機(jī)平臺(tái)或船只進(jìn)出平臺(tái)等。在電氣結(jié)構(gòu)方面,海上變電站主要包括電力變壓器及各級(jí)電壓配電裝置(包括斷路器、隔離開關(guān)、電壓與電流互感器等)、無功補(bǔ)償電容裝置、過電壓保護(hù)與接地裝置、繼電保護(hù)裝置、就地測(cè)量與操縱設(shè)備、遠(yuǎn)程微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)、母線與電纜設(shè)施等。海上變電站沒有地基,建設(shè)海上變電站首先需要建設(shè)一個(gè)可靠的支撐平臺(tái),一般采用與風(fēng)電機(jī)組支撐樁相類似的結(jié)構(gòu)(基礎(chǔ))。因此,需要考慮海上變電站的占地問題。降低海上變電站設(shè)備的占地面積是控制變電站成本的重要因素之一,往往可以通過大量采用集成化、模塊化、小型化的設(shè)備來實(shí)現(xiàn),例如,GIS設(shè)備就是最典型的例子。此外,因海上變電站處在高鹽霧、高濕度的惡劣環(huán)境下,使得該電氣設(shè)備的絕緣與防鹽霧的防護(hù)等級(jí)更高,還需要將大量電氣設(shè)備進(jìn)行密封處理,以保證其在惡劣環(huán)境中可靠地運(yùn)行。2功能特點(diǎn)海上變電站的作用在于提高海上風(fēng)電場(chǎng)的電壓輸送等級(jí),從而減少電能損耗,尤其在遠(yuǎn)距離輸電上此作用更為突出。根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì),越來越多的海上風(fēng)電場(chǎng)將建設(shè)在離海岸較遠(yuǎn)的海域,隨著輸送距離的增加,為了減少電能損失,勢(shì)必將采用更高的電壓等級(jí),海上變電站建設(shè)成為必然。另外,海上變電站還可以匯集分散于各個(gè)風(fēng)電機(jī)組的電能,控制電流與電能的流向,并能夠更好地控制電能質(zhì)量,包括消除諧波與調(diào)整電壓。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組、海底電纜或海上變電站出現(xiàn)故障時(shí),能夠利用該海上變電站電氣主接線來切換線路以隔離故障區(qū)域,使故障影響降至最低,保證供電穩(wěn)定性,并能夠?yàn)榫S修與日常維護(hù)提供一個(gè)平臺(tái)。海上變電站建設(shè)成本較高,但是,海上變電站的利用能夠有效地減少海底電纜鋪設(shè)長(zhǎng)度,節(jié)約了電纜成本,并提高了海底電纜的可靠性,有助于大規(guī)模建設(shè)深海海上風(fēng)電場(chǎng)。3海上變電站與陸上變電站的比較如表6?1所示,海上變電站與陸上變電站在電氣結(jié)構(gòu)方面并沒有太多的差異。其中:1)海上變電站大部分電氣結(jié)構(gòu)都是參照陸上變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)的。2)在主要功能方面,海上、陸上變電站都承擔(dān)著變換電壓等級(jí)、匯流、分配電能與調(diào)整電壓的作用,都是電網(wǎng)中重要的環(huán)節(jié)。3)在建筑結(jié)構(gòu)方面,海上變電站由于其特殊的使用地理位置與環(huán)境特點(diǎn),需要建造基礎(chǔ)與登陸平臺(tái),選址時(shí)通常需要考慮水文條件,并且只能采用戶內(nèi)型變電站,而不能采用陸上變電站普遍采用的戶外型變電站。4)在電壓等級(jí)方面,海上變電站主要應(yīng)用110kV變電站(交流),最高運(yùn)用220kV變電站(交流),而陸上變電站電壓等級(jí)更高、種類更多,這是由于海上的特殊潮濕環(huán)境,變電站與海底電纜絕緣保護(hù)與運(yùn)行維護(hù)要求更高。目前,我國(guó)新建的海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃采用220kV高壓變電站。亦有采用直流換流站的方案,電壓等級(jí)為±30kV、±80kV等。5)在變電方式上,海上變電站主要采用雙繞組變壓器,一般不采用三繞組,因?yàn)楹I献冸娬疽话銉H需連接兩個(gè)電壓等級(jí)。6)在設(shè)備選取方面,海上變電站除了需要考慮額定電壓、沖擊電流等基本參數(shù)外,還要考慮海上鹽霧環(huán)境中的絕緣、防潮與防腐指標(biāo),一般采用全封閉式設(shè)備,尤其適合采用占地面積小、密封程度好的組合式電器(如GIS設(shè)備)。7)在保護(hù)方面,由于海上變電站高出海平面,容易遭受雷擊,且海上沒有可靠的參考地電位,在防雷方面需要妥善處理,在接地保護(hù)方面需要設(shè)置可靠的接地體,以確保防雷系統(tǒng)更加可靠。8)在通風(fēng)散熱方面,海上變電站的電氣設(shè)備主要采用分體式與模塊化結(jié)構(gòu),將散熱部分置于通風(fēng)好的地方,而將其他部分以鋼結(jié)構(gòu)封存,兩者以油氣管道相連,以解決封閉設(shè)備的散熱問題。內(nèi)部通風(fēng)一般采用自然通風(fēng)法與局部強(qiáng)制通風(fēng)法相配合的散熱方法,自然通風(fēng)的進(jìn)、出風(fēng)處都需要加裝除濕裝置與防鹽霧裝置,以降低通風(fēng)散熱過程中海上的鹽霧對(duì)電氣設(shè)備造成的腐蝕。表6?1海上、陸上變電站主要異同點(diǎn)比較項(xiàng)目陸上變電站海上變電站電氣結(jié)構(gòu)基本一致功能特點(diǎn)基本一致建筑結(jié)構(gòu)無地基平臺(tái),可選戶內(nèi)、戶外型變電站需建基礎(chǔ)、平臺(tái),只采用戶內(nèi)型變電站電壓等級(jí)所用現(xiàn)行電壓等級(jí)均可110kV或220kV交流,±30kV,±80kV變電方式采用三繞組變壓器,連接3個(gè)電壓等級(jí)采用雙繞組變壓器,連接2個(gè)電壓等級(jí)設(shè)備選擇各類型均可多采用GIS等占地小的設(shè)備保護(hù)可利用自然接地體,防潮要求一般需設(shè)可靠接地體,防鹽霧要求高散熱一般采用普通空氣散熱采用分體式設(shè)備與特殊散熱材料通風(fēng)一般采用自然通風(fēng)自然通風(fēng)再結(jié)合局部強(qiáng)制通風(fēng)方式(二)海上變電站設(shè)計(jì)隨著海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,風(fēng)電機(jī)組容量不斷增大,離岸距離也從最初的潮間帶、近海區(qū)域逐漸向深海海域發(fā)展,海上風(fēng)電場(chǎng)的輸電距離不斷增加,若僅依賴風(fēng)電機(jī)組自帶的箱式變壓器升壓,已無法滿足長(zhǎng)距離輸電可靠性和安全性要求。下面結(jié)合某海上變電站設(shè)計(jì),以我國(guó)某102MW大型海上風(fēng)電場(chǎng)作為背景,設(shè)計(jì)專用35/110kV海上變電站,主要內(nèi)容包括海上變電站選址、主接線設(shè)計(jì)、主要電氣設(shè)備選型與校驗(yàn)(包括主變壓器、35kV海底電纜、母線,包含斷路器、隔離開關(guān)與電流互感器在內(nèi)的GIS設(shè)備等)、雷擊過電壓與接地等海上變電站保護(hù)措施以及短路電流計(jì)算。1海上變電站選址分析、綜合丹麥Nysted與HornsRev海上變電站選址情況,海上變電站的選址除了要考慮相應(yīng)水文條件、海底巖層情況與生態(tài)環(huán)保影響外,在電氣方面還需要考慮海底電纜的情況,海上變電站的建設(shè)應(yīng)有利于降低海底電纜的成本與鋪設(shè)費(fèi)用,提高海底電纜的可靠性,并能夠提供一個(gè)海上平臺(tái)用于對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組與電纜的檢修與維護(hù)。如圖6?6所示,某海上變電站的選址參考了相關(guān)工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn),在符合水文條件、巖層條件與生態(tài)條件的情況下,選擇在離海上風(fēng)電場(chǎng)較近的位置建設(shè)海上變電站,具體位置位于西側(cè)第二排風(fēng)電機(jī)組北面0km處、離某大橋2km、離岸邊8km,粗略估計(jì)可以節(jié)省左右的海底電纜,大幅減少海底電纜投資,并提高了其可靠性。圖6?6海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組與變電站方位圖2主接線設(shè)計(jì)(1)電氣主接線設(shè)計(jì)原則1)可靠性。主接線應(yīng)保證對(duì)用戶供電的可靠性,特別是針對(duì)重要負(fù)荷,還要求能夠在線路、電氣設(shè)備故障或檢修時(shí)保障供電的可靠性。2)靈活性。主接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況,便于切換線路、調(diào)配負(fù)荷,在設(shè)備檢修或出現(xiàn)故障時(shí),能夠安全并靈活地停運(yùn)相關(guān)設(shè)備;擴(kuò)建時(shí),能滿足初期建設(shè)到最終接線的要求。3)經(jīng)濟(jì)性。主接線要求在保證可靠性、靈活性與其他技術(shù)條件的前提下,應(yīng)盡量減少投資、運(yùn)行費(fèi)用和占地面積。(2)電氣主接線常用形式1)線路變壓器主接線,線路和變壓器直接相連,是一種最簡(jiǎn)單的接線方式,特點(diǎn)為斷路器少,接線簡(jiǎn)單,造價(jià)低,運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì),利于實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)化,占地面積小,且在出現(xiàn)故障時(shí)便于恢復(fù)供電操作。2)橋形接線,采用4個(gè)回路、3臺(tái)斷路器和6個(gè)隔離開關(guān),特點(diǎn)為采用的斷路器數(shù)量較少,投資較小,分為內(nèi)橋和外橋兩種形式。由于變壓器的可靠性遠(yuǎn)高于線路,因此,在實(shí)際應(yīng)用中多采用內(nèi)橋接線形式,往往還在橋形外附設(shè)一組隔離開關(guān),這樣在檢修斷路器時(shí)不會(huì)影響變壓器的運(yùn)行。3)多角形接線,將斷路器和隔離開關(guān)相互連接,每一臺(tái)斷路器兩側(cè)都有隔離開關(guān),并由隔離開關(guān)之間送出回路。采用多角形接線方式所用設(shè)備少、投資省,運(yùn)行靈活和可靠性較好。正常情況下為雙重連接,故障時(shí),對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響較小,任何一臺(tái)斷路器檢修都不影響送電,但要求能夠開環(huán)運(yùn)行,勢(shì)必造成可靠性降低、電氣設(shè)備選擇困難,同時(shí),繼電保護(hù)整定復(fù)雜、不易擴(kuò)建。4)單母線分段接線,將一段母線用斷路器分為兩段,特點(diǎn)為接線簡(jiǎn)單、投資省、操作方便,但在母線出現(xiàn)故障或檢修時(shí),會(huì)造成部分回路停電。5)雙母線接線,將工作線、電源線和出線通過一臺(tái)斷路器和兩組隔離開關(guān)連接到兩組(一次/二次)母線上,且兩組母線都是工作線,而每一回路都可以通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并列運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高,可以輪流檢修母線而不必中斷供電,即使是一組母線出現(xiàn)故障,也可以通過切換至另一條母線迅速恢復(fù)供電,調(diào)度、擴(kuò)建和檢修方便,不足是每一回路都增加了一組隔離開關(guān),占地面積大、投資增加,倒排閘復(fù)雜,不宜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。6)雙母線帶旁路接線,在雙母線接線的基礎(chǔ)上,增設(shè)旁路母線,具有雙母線接線的優(yōu)點(diǎn),且線路(主變壓器)斷路器在檢修時(shí),仍然能夠繼續(xù)供電,但倒排閘、保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜,投資費(fèi)用較大。為減少斷路器的使用數(shù)量,出線少于5回時(shí),應(yīng)采用母聯(lián)兼旁路的接線方式。7)雙母線分段帶旁路接線,在雙母線帶旁路接線的基礎(chǔ)上,母線上增設(shè)分段斷路器,具有雙母線帶旁路的優(yōu)點(diǎn),但存在投資費(fèi)用較高、占地面積較大、繼電保護(hù)復(fù)雜等不足。8)斷路器接線,在每3個(gè)斷路器中間送出2個(gè)回路,一般只用于500kV(或重要220kV)電網(wǎng)的母線主接線,優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行調(diào)度靈活,正常工作時(shí)形成多路環(huán)狀供電,檢修操作方便,在母線出現(xiàn)故障時(shí),不需要切換回路,任一臺(tái)斷路器檢修,各回路仍為原來的接線方式,運(yùn)行可靠,每一回路由兩臺(tái)斷路器供電,即使在母線出現(xiàn)故障時(shí),任何回路都不用停電;缺點(diǎn)是使用設(shè)備較多,特別是斷路器和電流互感器投資費(fèi)用大,保護(hù)接線復(fù)雜。(3)確定電氣主接線形式如圖6?7所示,根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模,并考慮到運(yùn)行可靠性要求,確定海上變電站配置兩臺(tái)主變壓器。根據(jù)主變壓器臺(tái)數(shù)以及占地等因素,并考慮低壓側(cè)采用GIS設(shè)備后可靠性得以提高,低壓側(cè)采用單母線分段接線方式,故障時(shí)可以通過合分段來轉(zhuǎn)移負(fù)荷,接線簡(jiǎn)單、節(jié)省占地;高壓側(cè)則采用線路變壓器接線方式,不僅接線布置方便、占地少,且利于實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)行,適合海上變電站實(shí)際情況,且采用線路變壓器接線,高壓側(cè)海底電纜只需足夠輸送一臺(tái)主變壓器容量即可,不需要太大的預(yù)留量,有利于降低海底電纜成本。圖6?7電氣主接線圖三、變壓器與海底電纜1變壓器選型選用兩臺(tái)主變壓器,以保證在部分線路出現(xiàn)故障時(shí),其他部分仍然能夠正常工作。由于變電站僅需連接兩個(gè)電壓等級(jí),故選用雙繞組變壓器。三相變壓器比同容量三臺(tái)單相變壓器投資小、占地少、損耗小,配電與保護(hù)也更為簡(jiǎn)單,運(yùn)行方便,故選取三相變壓器應(yīng)用于35/110kV升壓變電站,升壓變壓器繞組采用星形聯(lián)結(jié)。海上風(fēng)電場(chǎng)總?cè)萘繛椋保埃玻停?,根?jù)現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組的布局方式,將風(fēng)電機(jī)組分為組,其中組臺(tái)、2組臺(tái),平均分配給兩臺(tái)變壓器,每一臺(tái)變壓器通過海底電纜分別與2組風(fēng)電機(jī)組連接,共34臺(tái)風(fēng)電機(jī)組,每臺(tái)變壓器的容量為==故選擇容量為的主變壓器變壓器為陸上同等級(jí)變電站常用的變壓器,該產(chǎn)品技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高。變壓器的具體參數(shù)為S=63MVA,P0=683kW,Pk=273W,I0=10%,Uk=105%。2海底電纜選型實(shí)際工程需要76km長(zhǎng)的海底電纜,風(fēng)電機(jī)組、海上變電站以及岸上升壓變電站主要通過海底電纜(交流35kV)連接。海底電纜的選取原則為采用較大截面積的電纜,并采取適合的防護(hù)與絕緣措施,以增加輸送容量、降低損耗等。經(jīng)參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)外海上風(fēng)電場(chǎng)工程實(shí)際使用的海底電纜,該案例選用35kV多芯銅芯乙丙橡膠絕緣鉛套防水層、粗鋼絲鎧裝聚丙烯纖維外被層海底電力電纜,截面積為240mm。該種電纜的橡膠絕緣鉛套與鎧裝層在防水、防腐與機(jī)械強(qiáng)度等方面都有良好的效果,能夠承受一定張力,且能夠?qū)崿F(xiàn)大長(zhǎng)度無接頭(平均達(dá)10km),截面積較大,電氣參數(shù)為0Ω/km。四、電氣設(shè)備選型與驗(yàn)算由于海上變電站所處環(huán)境特殊,電氣設(shè)備均需處于鹽霧、高濕度環(huán)境中,故所選設(shè)備均采用室內(nèi)型,為節(jié)省占地、提高可靠性,選用封閉式組合電器(如GIS)。假定各段繼電保護(hù)措施及動(dòng)作時(shí)間與35/110kV典型變電站繼電保護(hù)一致,具體如表6?2所示。表6?2繼電保護(hù)措施與動(dòng)作時(shí)間保護(hù)位置母線變壓器35kV線路110kV線路保護(hù)類型母線差動(dòng)變壓器差動(dòng)電流速斷(Ⅰ段)電流速斷(Ⅰ段)過電流(Ⅱ段)過電流(Ⅱ段)動(dòng)作時(shí)間/s010101011515(一)電氣設(shè)備選擇原則1額定電壓和電流電氣設(shè)備的額定電壓不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓,即U設(shè)備≥U電網(wǎng) (6?1)電氣設(shè)備的最大允許電流應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流,即Iymax≥Igmax (6?2)2按短路狀態(tài)校驗(yàn)熱穩(wěn)定與動(dòng)穩(wěn)定短路電流通過時(shí),電氣設(shè)備各部件溫度(或發(fā)熱效應(yīng))不超過允許值,并滿足I2tth≥I2teq (6?3)th ∞動(dòng)穩(wěn)定用于衡量電氣設(shè)備承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力,短路沖擊電流與極限電流應(yīng)不超過設(shè)備允許值,并滿足(二)斷路器選型與驗(yàn)算

Imax≥Ich (6?4)變電站中采用的高壓斷路器用來接通和開斷負(fù)荷電流,要求其滅弧性能好。此外,在變電站電氣主接線中,還承擔(dān)改變主接線運(yùn)行方式的功能,并在出現(xiàn)故障時(shí),斷路器能夠以繼電保護(hù)的方式配合使用,斷開短路電流,切除故障線路,保證非故障線路的正常供電及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)合式(6?1)~式(6?4),分別計(jì)算電氣設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)如下:135kV側(cè)母線前斷路器Pe3×Ue×cosφePe3×Ue×cosφe3××電流計(jì)算:I≥Igmax=105Ie3××

=× kA=其中,最大工作電流以發(fā)電機(jī)回路計(jì)算。為了便于運(yùn)行管理,4根海底電纜均采用同種斷路器,故以其中最大容量(9臺(tái)風(fēng)電機(jī)組)計(jì)算。初步選擇室內(nèi)型SF6斷路器,具體參數(shù)如表6?3所示。表6?3斷路器參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A額定開斷容量ISC/kA)IK/A額定耐受峰值電流IP/kA351250252563熱穩(wěn)定計(jì)算: I2tth≥QkQk=Q

thzt+Qfzt

=I2tk

+TfI2

(6?5)kk式中,Qk為短路電流熱效應(yīng);Qzt為電流周期分量熱效應(yīng);Qfzt為電流非周期分量熱效應(yīng);tk為主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與斷路器分閘時(shí)間之和;Tf為非周期分量等效時(shí)間kk常數(shù)。

I2tth=252×3=1875thQk=I2tk+TfI2=2432×02+02×432=236thth顯然,I2tthth

k k≥Qk3××動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=63kA≥Ich=619A開斷電流計(jì)算:ISC=25kA≥IK=3××Pe3×Ue×cosφePe3×Ue×cosφe電流計(jì)算:IIgmax=Ie=×

=× kA=098kA其最大工作電流為匯流母線電流,為17臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的最大工作電流。初步選擇室內(nèi)型SF6斷路器,具體參數(shù)參照表6?3。th熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkthI2tth=252×3=1875kQk=I2tkk

th+ I+ I

×02+02×4

=843th顯然,I2tth≥Qkth動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=63kA≥Ich=1168kA開斷電流計(jì)算:ISC=25kA≥IK=459kA3變壓器35kV側(cè)斷路器電壓計(jì)算:U≥Ue=35kV電流計(jì)算:I≥Igmax=105IeKg=1×13kA=1kA

ST3×Ue3××13=105ST3×Ue3×其最大工作電流為變壓器回路計(jì)算值。初步選擇室內(nèi)型SF6斷路器,具體參數(shù)如表6?4所示。表6?4斷路器參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A額定開斷容量ISC/kA短路耐受電流(3s)IK/kA額定耐受峰值電流IP/kA352000252563th熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkthI2tth=252×3=1875,Qk=I2tk+TfI2=3082×02+011×082=294th k kth顯然,I2tth≥Qkth動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=63kA≥Ich=784A開斷電流計(jì)算:ISC=25kA≥IK=308kA4變壓器110k側(cè)斷路器電壓計(jì)算:U≥Ue=110kV電流計(jì)算:I≥Igmax=105IeKg=105×13kA=45kA

ST3×Ue3××13=105ST3×Ue3×其最大工作電流為變壓器回路計(jì)算值。初步選擇室內(nèi)型SF6斷路器,具體參數(shù)如表6?5所示。

表6?5斷路器參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A額定開斷容量ISC/kA短路耐受電流(3s)IK/kA額定耐受峰值電流IP/kA11031504040100熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkI2t 2 th

2 2 2 2thth=40×3=4800,Qk=Iktk+TfIk=098×02+005×98=024th顯然,I2tth≥Qkth動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=100kA≥Ich=249kA開斷電流計(jì)算:ISC=40kA≥IK=098kA(三)隔離開關(guān)選型與驗(yàn)算隔離開關(guān)是高壓開關(guān)設(shè)備的一種,因?yàn)闆]有配置專門的滅弧裝置,所以這種隔離開關(guān)不能用來切斷負(fù)荷電流和短路電流,主要用來隔離電源。135kV側(cè)母線前隔離開關(guān)Pe3×Ue×cosφePe3×Ue×cosφe3××電流計(jì)算:I≥Igmax=105Ie3××

=× kA=其最大工作電流以發(fā)電機(jī)回路計(jì)算,為便于運(yùn)行管理,4根海底電纜上均采用同種隔離開關(guān),故以其中最大容量(9臺(tái)風(fēng)電機(jī)組)計(jì)算。初步選擇室內(nèi)型隔離開關(guān),具體參數(shù)如表6?6所示。表6?6隔離開關(guān)參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A短路耐受電流(4s)IK/kA額定耐受峰值電流IP/kA356302050熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkI2t 2 th

2 2 2 2thth=20×4=160,Qk=Iktk+TfIk=243

×02+02×2

=236th顯然,I2tth≥Qkth動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=50kA≥Ich=619A235kV側(cè)母聯(lián)隔離開關(guān)電壓計(jì)算:U≥Ue=35kVPe3×Ue×cosφe3××電流計(jì)算:IPe3×Ue×cosφe3××

=× kA=其最大工作電流為匯流母線電流,為17臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的最大工作電流。初步選擇室內(nèi)型SF6隔離開關(guān),具體參數(shù)如表6?7所示。表6?7隔離開關(guān)參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A短路耐受電流(4s)IK/kA額定耐受峰值電流IP/kA35125031580熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkI2t 2 th

2 2 2 2thth=315×4=369,Qk=Iktk+TfIk=459

×02+02×459=843th顯然,I2tth≥Qkth動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=80kA≥Ich=1168kA3變壓器35kV側(cè)隔離開關(guān)電壓計(jì)算:U≥Ue=35kV電流計(jì)算:I≥Igmax=105IeKg=1×13kA=1kA

ST3×Ue3××13=105ST3×Ue3×其最大工作電流為變壓器回路計(jì)算值。初步選擇室內(nèi)型SF6隔離開關(guān),具體參數(shù)如表6?8所示。表6?8隔離開關(guān)參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A短路耐受電流(4s)IK/kA額定耐受峰值電流IP/kA35200040100熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkI2t 2 th

2 2 2 2thth=40×4=6400,Qk=Iktk+TfIk=308

×02+011×308=294ST3×Ue3th×顯然,I2tST3×Ue3th×動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=100kA≥Ich=784kA4變壓器110kV側(cè)隔離開關(guān)電壓計(jì)算:U≥Ue=110kV電流計(jì)算:I≥Igmax=105IeKg=105×13kA=45kA

×13=105×63 ×其最大工作電流為變壓器回路計(jì)算值。初步選擇室內(nèi)型SF6隔離開關(guān),具體參數(shù)如表6?9所示。表6?9隔離開關(guān)參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A短路耐受電流(4s)IK/kA額定耐受峰值電流IP/kA1106302050熱穩(wěn)定計(jì)算:I2tth≥QkI2t 2 th

2 2 2 2thth=20×4=1600,Qk=Iktk+TfIk=098×02+005×98=024th顯然,I2tth≥Qkth動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=50kA≥Ich=249A(五)互感器選型與驗(yàn)算1互感器的作用互感器類似一種特殊的變壓器,廣泛用于供電系統(tǒng)中向測(cè)量?jī)x表和繼電器的電壓線圈或電流線圈供電。其主要功能如下:1)將一次回路的高電壓和大電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流,有助于測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化,結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜,同時(shí),便于屏內(nèi)安裝,還可以通過小截面電纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量。2)隔離高壓電路。互感器一次側(cè)與二次側(cè)之間沒有電的聯(lián)系,而只有磁的聯(lián)系,隔離了二次設(shè)備與高電壓部分,同時(shí),由于互感器二次側(cè)均接地,從而保證了設(shè)備和人身的安全?;ジ衅髟谥鹘泳€中的配置與測(cè)量?jī)x表的選擇、保護(hù)和自動(dòng)裝置的要求,以及主接線的形式有關(guān)。3)便于使用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的儀表繼電器,并使二次回路接線簡(jiǎn)單。2互感器選型與安裝原則1)為了滿足測(cè)量和保護(hù)裝置的需要,在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段及母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)有電流互感器。對(duì)于大接地短路電流系統(tǒng),一般按三相配置;對(duì)于小接地短路電流系統(tǒng),根據(jù)具體要求按兩相或三相配置。2)對(duì)于保護(hù)用電流互感器應(yīng)盡量消除主保護(hù)裝置的不保護(hù)區(qū)。例如,若有兩組電流互感器,且位置允許時(shí)應(yīng)設(shè)在斷路器兩側(cè),使斷路器處于交叉保護(hù)范圍之中。3)為了減輕一旦出現(xiàn)內(nèi)部故障對(duì)發(fā)電機(jī)的損傷,用于自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置的電流互感器應(yīng)配置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。為便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障,用于測(cè)量的電流互感器宜裝設(shè)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)。3互感器選型舉例(1)35kV側(cè)電流互感器電壓計(jì)算:U≥Ue=35kV電流計(jì)算:I≥Igmax=105IeKg=1×13kA=1kA

ST3×Ue3××13=105ST3×Ue3×35kV側(cè)使用同一種互感器,所以最大工作電流以35kV側(cè)各部分工作電流中最大值計(jì)算,即35kV側(cè)變壓器回路工作電流值。初步選擇室外型電流互感器,具體參數(shù)如表6?10所示。表6?10電流互感器參數(shù)額定電壓Ur/kV一次額定工作電流I1N/A二次額定工作電流I2N/A熱穩(wěn)定電流(1s)IK/kA動(dòng)穩(wěn)定電流IP/kA準(zhǔn)確等級(jí)3510~250055012505級(jí)熱穩(wěn)定計(jì)算:IK=50kA≥IK-1=459kA動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=125kA≥Ich=68kAST3×Ue(2)110kV側(cè)電流互感器電壓計(jì)算:U≥Ue=ST3×Ue電流計(jì)算:I≥Igmax=105IeKg=105×13kA=45kA3×其工作電流為110kV3×

×13=105×63 ×初步選擇室外型電流互感器,具體參數(shù)如表6?11所示。表6?11電流互感器參數(shù)額定電壓Ur/kV一次額定工作電流I1N/A二次額定工作電流I2N/A熱穩(wěn)定電流(1s)IK/kA動(dòng)穩(wěn)定電流IP/kA準(zhǔn)確等級(jí)11010~200055012505級(jí)3××熱穩(wěn)定計(jì)算:IK=50kA≥IK-23××動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算:IP=125kA≥Ich=249kA(六)母線(35V)選型與驗(yàn)算Pe3×Ue×cosφePe3×Ue×cosφe:IIgmax=Ie=×

=× kA=098kA工作電流為17臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的工作電流。銅排封閉母線,截面積S為1QkK1QkKf=熱穩(wěn)定計(jì)算:Smin==(七)GIS設(shè)備選型與驗(yàn)算

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43×1m2=17m2,顯然S≥Smin。通過上述計(jì)算分別得到斷路器、隔離開關(guān)與互感器的各項(xiàng)參數(shù),經(jīng)綜合后選擇GIS設(shè)備。采用SF6環(huán)網(wǎng)柜,具體參數(shù)如表6?12所示。表6?12GIS設(shè)備參數(shù)額定電壓Ur/kV額定工作電流Ir/A額定開斷容量ISC/kA短路耐受電流(3s)IK/kA額定峰值耐受電流IP/kA405630502050五、海上變電站的保護(hù)(一)雷電過電壓保護(hù)1變電站雷電過電壓分類1)直擊雷,雷直接擊在變電站的電氣設(shè)備上,產(chǎn)生極高的過電壓;2)感應(yīng)雷,雷擊在附近物體或地面上,空間磁場(chǎng)變化,在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生過電壓;3)侵入雷電波,輸電線路遭到雷擊,雷電波隨輸電線侵入變電站,產(chǎn)生過電壓。2雷電保護(hù)設(shè)備1)避雷針,用來保護(hù)建筑物不受雷擊。在建筑物頂端安裝一個(gè)金屬棒,與埋在地下的一塊金屬板相連,利用金屬棒的尖端放電,使云層所帶的電和地上的電中和,從而消除雷電的影響。2)避雷線,一般為鐵質(zhì)導(dǎo)線,連接避雷網(wǎng),用于架空線、線桿與發(fā)射架等。3)避雷器,能釋放雷電過電壓能量,保護(hù)電工設(shè)備免受瞬時(shí)過電壓危害,又能截?cái)嗬m(xù)流,不致引起系統(tǒng)接地短路。有雷擊時(shí),避雷器立即動(dòng)作,流過電荷,限制過電壓幅值,保護(hù)設(shè)備絕緣;電壓值正常后,避雷器又迅速恢復(fù)原狀,以保證系統(tǒng)正常供電。3雷擊過電壓保護(hù)措施參考相關(guān)35/110kV陸上變電站設(shè)計(jì)規(guī)范,考慮變電站實(shí)際建筑尺寸與避雷設(shè)備的最終高度,采用避雷線保護(hù)方案,以防止直擊雷,并采用避雷器,防止侵入雷電波。由于感應(yīng)雷僅對(duì)35kV以下系統(tǒng)有影響,所以避雷針與避雷線設(shè)置時(shí)遠(yuǎn)離35kV系統(tǒng),并通過將戶外電氣設(shè)備外殼接地,防止受到感應(yīng)雷的影響。4避雷線選型參考國(guó)外相關(guān)海上變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn),為減少基座的承受力,一般采取降低海上變電站的基座高度措施。其中,海上變電站的高度為10~20m、長(zhǎng)度為20~30m、寬度為7~20m,據(jù)此,假定所建設(shè)的海上變電站長(zhǎng)寬高分別為30m、20m和20m。避雷針高度一般高于避雷線,且海上變電站建筑結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方形平臺(tái),使用避雷線保護(hù)較為合適,而使用避雷針會(huì)導(dǎo)致避雷針高度過高,在開闊的海面上更易引起雷擊,所以,在變電站頂部設(shè)置避雷線保護(hù)裝置。在裝設(shè)避雷線的同時(shí),還裝設(shè)集中接地裝置,且避雷接地線遠(yuǎn)離其他設(shè)備,以保護(hù)電氣設(shè)備。h如圖6?8所示,將避雷線設(shè)于變電站頂部中央,為確保避雷線保護(hù)沒有死角,選擇保護(hù)半徑rX=12m,略大于變電站寬度的一半,長(zhǎng)度選擇為30m(即為變電站長(zhǎng)度)。當(dāng)hX≥h/2時(shí),rX=(h-hX)p=(h-20)×55,其中,hX為被hh保護(hù)變電站的高度,p為避雷線高度影響系數(shù)。當(dāng)30<h120m時(shí),p=5,根h據(jù)所選保護(hù)半徑rX=12m,求得h=325m,即避雷線高度為125m。圖6?8避雷線保護(hù)范圍示意圖5避雷器選型避雷器可分為碳化硅閥式避雷器與金屬氧化物避雷器,目前主要使用金屬氧化物避雷器,尤其是氧化鋅避雷器,并廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備中。由于海上屬于雷電多發(fā)地區(qū),且雷電極易擊中海上變電站,因此,必須對(duì)可能受到雷電波侵入的設(shè)備加裝避雷器。對(duì)于母線配電系統(tǒng),應(yīng)在每段母線上加裝避雷器;為保護(hù)主變中性點(diǎn)絕緣,應(yīng)在主變中性點(diǎn)裝設(shè)一組避雷器,并在變壓器進(jìn)線與出線各加裝一組避雷器;在每回出線靠近隔離開關(guān)或斷路器的地方加裝一組避雷器;GIS設(shè)備應(yīng)在設(shè)備入口處的空氣套管上加裝避雷器。如果上述不同設(shè)備均處于同一避雷器保護(hù)范圍內(nèi),則可以適當(dāng)去除多余的避雷器。(二)接地保護(hù)1接地類型1)直接接地。即中性點(diǎn)與地電位直接相連,由于出現(xiàn)單相故障時(shí)可能引起很大的短路電流,故直接接地一般應(yīng)用于高壓系統(tǒng)中。例如,我國(guó)一般在110kV以上系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式。2)非直接接地。即中性點(diǎn)與地電位之間通過某電氣設(shè)備(如電阻、消弧線圈、接地變壓器等)進(jìn)行連接或者不接地,由于出現(xiàn)故障時(shí)非故障相電壓會(huì)大幅升高,所以非直接接地一般用于中低壓系統(tǒng)。2接地方式及要求接地方式分為工作接地、保護(hù)接地、防雷接地與防靜電接地四種具體要求如下:1)工作接地。有效接地系統(tǒng)中,需要接地的變壓器中性點(diǎn)、接地變壓器中性點(diǎn)、電壓互感器、電流互感器、接地開關(guān)等按照系統(tǒng)要求接地;中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中,應(yīng)裝設(shè)能自動(dòng)切除故障的保護(hù)裝置;中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,中性點(diǎn)電阻、消弧線圈、與電壓互感器一次側(cè)須直接接地。2)保護(hù)接地。電氣設(shè)備各金屬部件除有另外規(guī)定外都應(yīng)接地或接保護(hù)線。3)防雷接地。避雷設(shè)施均應(yīng)設(shè)置集中接地裝置,避雷裝置下引線的接地裝置應(yīng)設(shè)置集中接地體,防雷接地裝置不應(yīng)設(shè)在人經(jīng)常通行的地方。4)防靜電接地。易燃易爆物體的金屬外殼與金屬支架需要接地。3接地保護(hù)措施設(shè)計(jì)的海上變電站主變壓器采用110k變壓器接地方式選用中性點(diǎn)有效接地方式,變壓器中性點(diǎn)經(jīng)隔離開關(guān)接地,運(yùn)行時(shí),可以根據(jù)實(shí)際情況開合隔離開關(guān)。所用封閉式母線外殼、變壓器外殼、SF6全封閉式組合電器()外殼、鎧裝海底電纜外皮及其他電氣設(shè)備外殼均直接接地,避雷線引下線接于集中接地體。由于海面上沒有可以直接利用接地的自然接地體,只能利用海底巖層與人工接地體,需要設(shè)置較可靠的海底水平接地體并輔助以垂直接地體,并將防腐等級(jí)設(shè)為最高級(jí),采用抗腐蝕性能較好的鍍銅扁鋼,并采取相應(yīng)的防腐措施,如涂防腐油漆等,置于海上變電站基座以下且固定牢靠,避雷線引下線的集中接地體與其他電氣設(shè)備的接地體需保持一定距離,以防止雷擊對(duì)其他設(shè)備的影響。(三)其他保護(hù)海上變電站的應(yīng)用環(huán)境惡劣,鹽霧情況嚴(yán)重、污染等級(jí)高。防潮、防鹽霧是海上變電站建設(shè)過程中無法回避的問題,如何在高鹽霧環(huán)境中確保電氣設(shè)備絕緣性與可靠性是保證海上變電站正常運(yùn)行的關(guān)鍵。例如,許多海上工程,包括海上大橋、海上風(fēng)電機(jī)組都曾因?yàn)楹I蠍毫拥沫h(huán)境而導(dǎo)致故障頻發(fā),所以,需要嚴(yán)格進(jìn)行防潮處理。另外,由于沒有地基,海上變電站需要自行建設(shè)可靠的地基,這就涉及地基建設(shè)大小與成本的問題,所有的電氣設(shè)備都需要考慮占地問題,通常會(huì)盡可能減小占地空間,再加上防潮采用的密閉空間,使得散熱又成為了海上變電站的另一個(gè)亟待解決的問題。1防潮與防鹽霧由于容易受海上惡劣的環(huán)境與海浪的影響,海上變電站往往建設(shè)在室內(nèi)。為防止高濕度、高鹽霧對(duì)海上變電站內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響,最常用的辦法就是使各個(gè)電氣設(shè)備在封閉環(huán)境中運(yùn)行,便可以有效解決鹽霧對(duì)鐵質(zhì)設(shè)備的腐蝕問題。同時(shí),各部分電氣設(shè)備都設(shè)置于封閉的鋼結(jié)構(gòu)中,可以有效確保絕緣性,通過對(duì)裸露在外的鋼結(jié)構(gòu)涂上防腐蝕涂料并增加腐蝕厚度,可以進(jìn)一步提高其防腐性能,借鑒海上大橋的成功防腐經(jīng)驗(yàn),可采用犧牲陽極的陰極保護(hù)方法,在鋼結(jié)構(gòu)外增加一些活潑性更強(qiáng)的金屬(鋅),受鹽霧影響時(shí),陽極先腐蝕,使陰極耐腐蝕能力增強(qiáng)。此外,還在海上變電站內(nèi)采用除濕裝置,以降低變電站內(nèi)的濕度與鹽霧。維護(hù)時(shí),應(yīng)定期涂防腐涂料,并檢查陽極腐蝕情況,以保證防潮與防鹽霧效果。2通風(fēng)散熱變電站通風(fēng)一般可以分為自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)兩種,一般采用自然通風(fēng),利用百葉式大門進(jìn)風(fēng),敞開式屋頂排風(fēng)。但是,由于海上變電站運(yùn)行環(huán)境較為特殊,不能完全采用陸上變電站的通風(fēng)方法,需要在一般通風(fēng)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。首先,電氣設(shè)備為了防腐與防鹽霧而封閉在鋼結(jié)構(gòu)中,極大地影響了其通風(fēng)散熱的效果。但是,如果采用模塊化設(shè)備拼接技術(shù),即使得易受腐蝕的部分封閉在鋼結(jié)構(gòu)中,用于通風(fēng)散熱的模塊封閉在另一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)中,并安裝在通風(fēng)條件良好的位置,輔助一些其他的機(jī)械通風(fēng)手段,大幅提高散熱通風(fēng)能力,模塊之間則通過油氣套管連接。這種方法既不影響運(yùn)行性能,又兼顧了通風(fēng)散熱與防鹽霧要求,同時(shí),相應(yīng)的技術(shù)與模塊化設(shè)備已在類似的特殊環(huán)境中得以成功應(yīng)用。因此,該方法是海上變電站通風(fēng)散熱的首選方法。另外,海上變電站大部分空間仍采用自然通風(fēng)方法,在變電站外部加裝防止海浪與減少鹽霧的百葉窗結(jié)構(gòu),并在進(jìn)、出風(fēng)處加裝除濕裝置,以防止鹽霧在通風(fēng)過程中對(duì)電氣設(shè)備的腐蝕,并在局部重要的地方采用機(jī)械通風(fēng)方法,在重要的封閉鋼結(jié)構(gòu)中也采用機(jī)械通風(fēng),以確保通風(fēng)散熱的效果。六、短路計(jì)算(一)概述1短路計(jì)算的作用利用短路計(jì)算的結(jié)果,達(dá)到以下目的:1)比較、選擇發(fā)電廠、變電站電氣主接線;2)選擇導(dǎo)體與電氣設(shè)備;3)選擇繼電保護(hù)設(shè)備與整定方案;4)選擇、校驗(yàn)接地裝置。2短路計(jì)算的假設(shè)條件1)工作時(shí)三相系統(tǒng)對(duì)稱;2)電源電動(dòng)勢(shì)同相位、恒定,運(yùn)行在額定狀態(tài)下,且短路時(shí)不搖擺;3)電動(dòng)機(jī)均為理想電動(dòng)機(jī),不計(jì)及磁路飽和;4)短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間;5)忽略輸電線電容、電阻、變壓器的電阻和勵(lì)磁電流,各個(gè)電氣元件物理模型均用純電抗表示。3短路計(jì)算步驟1)畫電氣接線圖;2)選擇計(jì)算短路點(diǎn),畫等值網(wǎng)絡(luò)圖;3)選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓,進(jìn)行標(biāo)幺化或以有名值進(jìn)行參數(shù)計(jì)算;4)求解短路電流;5)將計(jì)算結(jié)果列表。4工作電流計(jì)算公式Pe3×UPe3×Ue×cosφe(2)

變壓器回路

Igmax=05Ie=105

(6?6)(3)

Igmax=05IeKg=05×PmaxPmax3×Ue×cosφeIgmax=

×Kg(Kg13~15) (6?7)SeSe3×Ue(4)母聯(lián)斷路器取最大支路的最大工作電流。(5)匯流母線根據(jù)母線上的主設(shè)備選擇。(6)不同短路點(diǎn)等效時(shí)間常數(shù)如表6?13所示。表6?13不同短路點(diǎn)等效時(shí)間常數(shù)推薦值 (單位:s)短路點(diǎn)等效時(shí)間常數(shù)推薦值汽輪發(fā)電機(jī)端025水輪發(fā)電機(jī)端019高壓側(cè)母線主變?nèi)萘浚荆保埃埃停郑粒埃保持髯內(nèi)萘浚剑矗啊保埃埃停郑粒埃保边h(yuǎn)離發(fā)電廠處005(7)各參數(shù)標(biāo)幺值計(jì)算UB電壓: U?=U,UB為線電壓峰值 (6?9UBSB容量: S?=SB3U電流: IB=SB3UZBZ

(6?10)(6?11)ZBB阻抗: Z?=ZBB(二)短路計(jì)算

=U2/SB

=ZSBU2BU2

(6?12)短路計(jì)算是選擇電氣設(shè)備的重要參考依據(jù),應(yīng)該考慮可能發(fā)生的最嚴(yán)重短路情況,即短路電流最大的情況。因此,設(shè)計(jì)中僅計(jì)算最嚴(yán)重的三相短路情況。根據(jù)海上變電站選址與風(fēng)電機(jī)組布局,在35k與110k側(cè)出現(xiàn)短路時(shí),由于風(fēng)電機(jī)組電源功率有限,各個(gè)風(fēng)電機(jī)組離短路點(diǎn)距離差異較大,不能等效為同一電源,需采用疊加法計(jì)算短路電流。為簡(jiǎn)化計(jì)算,采用標(biāo)幺值計(jì)算法。因?yàn)閮膳_(tái)變壓器的短路情況一致,所以只計(jì)算其中一臺(tái)變壓器的短路電流。1電氣接線圖與短路點(diǎn)具體電氣接線圖與短路點(diǎn)選擇如圖6?9所示。235kV側(cè)母線短路(1)電氣接線圖如圖6?10所示,XG為風(fēng)電機(jī)組等效阻抗;Xt為風(fēng)電機(jī)組自帶箱式變壓器阻圖6?9電氣接線圖與短路點(diǎn)抗;X為0km海底電纜阻抗;X為1km海底電纜阻抗。(2)參數(shù)計(jì)算 ?基準(zhǔn)值的選取:SB=100MVA,海上風(fēng)電場(chǎng)采用3MW風(fēng)電機(jī)組,X″d=025,出口處采用069/35kV風(fēng)電用組合箱式變壓器,具體參數(shù)為:ST=3MVA,Uk%=9%。35kV海底電纜具體參數(shù)為00961Ω/km。X?=X″?×SB=05×10=78G d SG 3風(fēng)電機(jī)組自帶箱式變壓器:X?=Uk%×SB=9×=3t 100 St 100 3U海底電纜:X?=X1×SB=05×00961×100=0U2B?

372100BXL2=XL2×U2=1×00961×372=00070B風(fēng)電機(jī)組1離海上變電站最遠(yuǎn),兩者之間用5km海底電纜相連接,根據(jù)電氣圖(見圖6?11)與計(jì)算得到的參數(shù),可知5km海底電纜總電抗為ΣX?=Σ SB

L100XL×U2=5×00961×372=0035,假設(shè)變壓器出口理想電壓為37kV。而風(fēng)電B ? ? ?機(jī)組等效電抗與自帶箱式變壓器電抗之和為ΣXG=XG+Xt=578,海底電纜電抗占總電抗的1%,其余各風(fēng)電機(jī)組與海上變電站之間距離更近,海底電纜總圖6?10電氣接線圖圖6?11簡(jiǎn)化后的電氣接線圖電抗所占比例更小,且忽略海底電纜電抗只會(huì)使計(jì)算電流增大,對(duì)于后續(xù)計(jì)算與設(shè)備選擇無影響,故忽略海底電纜電抗,僅計(jì)算風(fēng)電機(jī)組等效電抗與自帶箱式變壓器電抗,可將各組風(fēng)電機(jī)組視作一個(gè)等效電源計(jì)算。(3)短路電流計(jì)算針對(duì)圖6?12,ΣS1=8×SG=8×3MW=24MW,ΣS2=9×SG=9×3MW=27MW,ΣS=ΣX?=ΣX?ΣX?=ΣX?=58=072,ΣX?=ΣX?=58=0641 8G 8 2 9G 91ΣX?=ΣX//ΣX?=072//04=0341式中,“//”表示為并聯(lián)阻抗。 23110kV側(cè)出口短路(1)主變壓器參數(shù)計(jì)算

圖6?12計(jì)算用電氣接線圖如圖6?13所示,主變壓器具體參數(shù)計(jì)算如下:圖6?13電氣接線圖主變壓器:ST=63MVA,Uk%=105%主變壓器:X?=Uk×SB=5×=017,其余參數(shù)與35kV短路時(shí)一致。

T 100 ST

100 63與35kV母線短路一樣,忽略35kV海底電纜電抗。(2)短路電流計(jì)算針對(duì)圖6?14,短路電流計(jì)算如下:圖6?14短路電流計(jì)算用電氣接線圖X?=X?=8=2,X?=X?=8=4S2=51MWΣ =8×SX?=X?=8=2,X?=X?=8=4S2=51MW1 8G 8 2 9G 9X?=X?//X?+X?=2//4+7=11 2 T,,施工作,,。,海上變電站構(gòu)件宜在陸地完,。圖。圖6?15海上變電站平板車式結(jié)構(gòu)圖6?16海上變電站安裝,,并在盡量,。海上變電站體、,,。,,防止各構(gòu)件在吊裝過程中。,也沒有海上風(fēng)電場(chǎng)高壓變。,、DNV及船。,,,、。我國(guó)內(nèi)蒙古某風(fēng)電場(chǎng),總裝機(jī)容量為分二期建設(shè),各安裝了臺(tái)。,一期工程安裝的臺(tái)風(fēng)電機(jī)組經(jīng)箱式,再由回~二期風(fēng)電場(chǎng)升,。、。,升壓變電站,,。一期,兩回。(66),9。。1)方案1V,二期新建V,場(chǎng)內(nèi)采用,風(fēng)電機(jī)組采V,共有回在升壓V/,升壓站V?線路組接,,新建一段。2)方案23回V,擴(kuò)建一期V35kV場(chǎng)內(nèi)采用V,風(fēng)電機(jī)組按照一機(jī)一變的方式將機(jī)組電壓升至,。33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組分成335kV,共有3回V。,V/主,升壓站()66,35側(cè)采用單。3)方案32回V,擴(kuò)建一期V35kV場(chǎng)內(nèi)采用V,風(fēng)電機(jī)組按照一機(jī)一變的方式將機(jī)組電壓升至,。33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組分成235kV組,共有2回35kV場(chǎng)內(nèi)集電線路。3方案分析(1)參照,。,方案。表6?14較() (:)序號(hào)項(xiàng)目方案1方案2方案31箱變594(33臺(tái)×18萬/臺(tái))759(33臺(tái)×23萬/臺(tái))759(33臺(tái)×23萬/臺(tái))2場(chǎng)內(nèi)線路單回km萬/km)雙回(5萬/km)單回km萬/km)雙回(km萬/km)km萬/km)雙回(7km萬/km)(萬(萬箱變架空線桿電纜萬(架空線桿?配電室電纜:4509km×50萬/km)(架空線桿?配電室電纜:2404km×60萬/km)24架空線桿?配電室電纜:(04km×60萬/km)(續(xù))序號(hào)項(xiàng)目方案1方案2方案33開關(guān)柜144(12臺(tái)×12萬/臺(tái))140(7臺(tái)×20萬/臺(tái))120(6臺(tái)×20萬/臺(tái))4無功補(bǔ)償裝置1601801805

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