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《GB51096風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》自頒發(fā)并實(shí)施已將近三年，主要內(nèi)容包括：風(fēng)能資源及發(fā)電量計(jì)算、電力系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、電氣、輔助及附屬設(shè)施、建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)與水土保持、消防、海上風(fēng)電場(chǎng)等等章節(jié)，內(nèi)容多但精煉，條文雜但精簡(jiǎn)，鑒于部分從業(yè)人員對(duì)本規(guī)范部分條文不甚了了，根據(jù)多年工作設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，筆者不才，愿就所知，以表己見，如有不當(dāng)，煩請(qǐng)指正。

7.1.1條：機(jī)組變電單元的電氣接線應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與機(jī)組變電單元宜采用一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)一組機(jī)組變電單元的單元接線方式。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，也可采用兩臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)一組機(jī)組變電單元的擴(kuò)大單元接線方式。

注解：筆者曾走遍不止50于個(gè)風(fēng)場(chǎng)，目前常見的風(fēng)機(jī)主接線依然是一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)一臺(tái)機(jī)組升壓變的接線方式，并且具體的主接線方式應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)出口電壓等級(jí)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較而定。3.X MW級(jí)及以下風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)仍然多用690V標(biāo)稱電壓，部分風(fēng)電整機(jī)廠商甚至5.X MW級(jí)海上風(fēng)電機(jī)組低壓側(cè)也沿用690V電壓的方式，在風(fēng)電機(jī)組視在容量一定的前提下，發(fā)電機(jī)出口電壓低，發(fā)電機(jī)出口電流則會(huì)很大，根據(jù)載流量選擇的纜線截面也會(huì)增大，同時(shí)電壓損失、有功損失等也需要考慮，故若發(fā)電機(jī)出口電壓為低壓，如690VAC，則仍然建議采用一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)一組機(jī)組變電單元的單元接線方式。擴(kuò)大單元接線是隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口電壓由低壓(1000V以下)上升為中壓(如3.3KV)，可以用兩臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)一臺(tái)機(jī)組升壓變，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省升壓變的投資，但缺點(diǎn)也很明顯，即降低了供電可靠性，且風(fēng)力發(fā)電機(jī)與升壓變的距離增加，無疑增加了電纜的使用量，還需要計(jì)算線纜的電壓損失，故需要做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2、機(jī)組變電單元的高壓電氣元件應(yīng)具有保護(hù)機(jī)組變電單元內(nèi)部短路故障的功能。

3、機(jī)組變電單元的低壓電氣元件應(yīng)能保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出口斷路器到機(jī)組變電單元之間的短路故障。

4、機(jī)組變電單元與集電線路間宜設(shè)置明顯的斷開點(diǎn)。

注解：提到機(jī)組變電單元，不得不提到工業(yè)與民用常用變壓器的兩種型式，即組合式變壓器(俗稱美變)和預(yù)裝式變電站(俗稱歐變)。筆者所走過的風(fēng)場(chǎng)中，絕大多數(shù)機(jī)組變電單元為組合式變壓器，偶爾會(huì)碰到歐式變壓器。組合式變壓器是在簡(jiǎn)化高、低壓控制、保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，將高、低壓配電裝置與變壓器主體一齊裝入變壓器油箱，使之成為一個(gè)整體。高壓側(cè)保護(hù)一般為負(fù)荷開關(guān)+插入式熔絲、后備熔絲組成，高壓元件密封在油箱內(nèi)，密封性更好，所以適合用在環(huán)境條件惡虐的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，沿海風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的組合式變壓器防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP65，經(jīng)常出現(xiàn)沙塵或風(fēng)雪天氣的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的組合式變壓器防護(hù)等級(jí)至少應(yīng)達(dá)到IP54，可視具體環(huán)境而提高。組合式變壓器體積僅為同容量預(yù)裝式變電站的體積的1/3左右，同樣價(jià)格也比預(yù)裝式變電站低的多，且有《NB/T31061 風(fēng)力發(fā)電用組合式變壓器》標(biāo)準(zhǔn)支撐，故在小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(按《NB/T31061風(fēng)力發(fā)電用組合式變壓器》的規(guī)定為3150KW及以下，按本文規(guī)范為2000KW及以下)中占有地位。

用于變壓器回路的高壓交流熔斷器的熔斷件的弧前時(shí)間-電流特性應(yīng)具有：

1）在0.1s以下范圍內(nèi)有較高的動(dòng)作電流，以耐受變壓器涌流并提供與二次側(cè)保護(hù)裝置的良好配合。

2）在10s以下范圍內(nèi)有較低的動(dòng)作電流，以保證繞組故障、二次側(cè)故障以及(適用時(shí))一次側(cè)對(duì)地故障的快速消除，并提供與電源側(cè)過電流保護(hù)裝置的良好配合。

高壓交流斷路器的熔斷件、變壓器以及電源側(cè)和負(fù)載側(cè)可能的保護(hù)裝置的保護(hù)配合特性如下圖

圖1 變壓器高壓側(cè)熔斷器保護(hù)特性配合曲線

機(jī)組容量超過一定容量后，高壓熔斷器選型變得困難，且其保護(hù)特性往往不能滿足要求。故不得不采用高壓交流斷路器作為保護(hù)設(shè)備，且需配置電流互感器、保護(hù)測(cè)控一體化裝置進(jìn)行斷路器整定，實(shí)現(xiàn)機(jī)組變電單元測(cè)控功能及變壓器完善的保護(hù)功能，故價(jià)格高出許多。故只要高壓熔斷器的保護(hù)特性滿足要求，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)機(jī)組升壓變就宜采用熔斷器保護(hù)以節(jié)省投資。

無論變壓器高壓側(cè)采用高壓熔斷器或高壓斷路器，變壓器低壓側(cè)均采用低壓斷路器(針對(duì)常用發(fā)電機(jī)出口電壓690VAC)，按規(guī)范要求該低壓斷路器應(yīng)能保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出口斷路器到機(jī)組變電單元之間的短路故障，筆者認(rèn)為該低壓斷路器還應(yīng)作為風(fēng)電機(jī)組出口斷路器的后備保護(hù)，在風(fēng)機(jī)出口斷路器拒動(dòng)時(shí)，變壓器低壓斷路器應(yīng)做出動(dòng)作反應(yīng)，保證及時(shí)切斷機(jī)組內(nèi)短路故障，防止事故擴(kuò)大。筆者走過數(shù)個(gè)風(fēng)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)比較嚴(yán)重的問題是該低壓斷路器保護(hù)整定值偏大或未做任何整定，某風(fēng)場(chǎng)也曾發(fā)生風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部短路起火而該變壓器低壓側(cè)斷路器未動(dòng)作的情況，故在此建議風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主嚴(yán)格核查變壓器低壓側(cè)斷路器整定值整定情況，由風(fēng)機(jī)整機(jī)廠商、電力設(shè)計(jì)院和業(yè)主三方共同確定變壓器低壓側(cè)斷路器整定值。

針對(duì)機(jī)組變電單元與集電線路間宜設(shè)置明顯的斷開點(diǎn)，筆者走過的數(shù)個(gè)風(fēng)場(chǎng)中，只有部分風(fēng)場(chǎng)在桿塔出線處設(shè)置了高壓跌落式熔斷器，通過絕緣操作桿拉開跌落式熔斷器形成明顯隔離斷口，充分保證了檢修人員的生命安全。

7.1.4 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)變電站中性點(diǎn)接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)的接地方式應(yīng)由所連接電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式?jīng)Q定;

2、主變壓器低壓側(cè)系統(tǒng)，當(dāng)不需要在單相接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，可采用電阻接地方式，迅速切除故障;

3、消弧線圈或接地電阻可安裝在主變壓器低壓繞組的中性線上，當(dāng)主變壓器無中性點(diǎn)引出時(shí)，可在主變壓器低壓側(cè)裝設(shè)專用接地變壓器。

注解：風(fēng)電場(chǎng)變電站主變壓器高壓側(cè)一般均為110KV或220KV，按《GB/T 50064交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1.1條，110KV~750KV系統(tǒng)中性點(diǎn)應(yīng)采用有效接地方式。在各種條件下系統(tǒng)的零序與正序電抗之比(X0/X1)應(yīng)為正值且不應(yīng)大于3，而其零序電阻與正序電抗之比(R0/X1)不應(yīng)大于1。110KV及220KV系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)可直接接地，部分變壓器中性點(diǎn)也可采用不接地方式。根據(jù)該條文要求，風(fēng)電場(chǎng)主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)的接地方式應(yīng)由當(dāng)?shù)卣{(diào)度決定，而并非高壓側(cè)中性點(diǎn)一定接地才是有效接地方式。實(shí)際上，假定整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)高壓側(cè)中性點(diǎn)全部接地，那么當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地短路故障時(shí)，故障點(diǎn)零序綜合阻抗小于正序綜合阻抗，單相接地故障電流將大于三相短路故障電流，而電網(wǎng)系統(tǒng)各高壓器件的選型、動(dòng)熱穩(wěn)定是基于三相短路計(jì)算而選定的，這樣難免會(huì)出現(xiàn)高壓元器件的燒毀。故電網(wǎng)調(diào)度會(huì)嚴(yán)格控制系統(tǒng)的零序與正序電抗之比(X0/X1)應(yīng)為正值且不應(yīng)大于3，而其零序電阻與正序電抗之比(R0/X1)不應(yīng)大于1，保證系統(tǒng)高壓側(cè)為有效接地方式。

按常理，主變壓器低壓側(cè)系統(tǒng)一般為35KV標(biāo)稱電壓，采用鋼筋混凝土桿塔或金屬桿塔的架空線時(shí)，當(dāng)單相接地故障電容電流不大于10A時(shí)，可采用中性點(diǎn)不接地方式;當(dāng)大于10A又需要在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用中性點(diǎn)諧振接地;若由電纜線路構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)集電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電容電流較大時(shí)(一般大于30A)，可采用低電阻接地方式，因電纜出現(xiàn)單相接地故障一般均為永久性故障，應(yīng)及時(shí)切除故障防止事故擴(kuò)大，應(yīng)動(dòng)作于跳閘。故按常理應(yīng)首先計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)35KV側(cè)單相對(duì)地短路電容電流，再根據(jù)短路電流的大小決定主變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式。而實(shí)際上，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是有特殊要求的，即結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀，當(dāng)接入的電網(wǎng)薄弱，尤其是在我國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)，單相接地運(yùn)行會(huì)影響電網(wǎng)穩(wěn)定時(shí)，即不需要在單相接地故障條件下繼續(xù)運(yùn)行，可采用低電阻接地方式，動(dòng)作于跳閘，目的是保護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如果電網(wǎng)允許，則優(yōu)先選用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，但是系統(tǒng)應(yīng)采用小電流選線裝置迅速切除故障線路，詳見下文解注。如果主變壓器中性點(diǎn)未引出，即主變低壓側(cè)角型接線，可在主變壓器低壓側(cè)裝設(shè)專用接地變壓器，即曲折變(Z變)，見下圖2。接地變壓器的容量計(jì)算及消弧線圈選型可參考《DL/T5222 導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》第18章節(jié)，在此不一一贅述。

圖2 接地變壓器

7.9.5 匯集線路保護(hù)配置應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的匯集線路，宜裝設(shè)兩段式電流保護(hù)，同時(shí)配置小電流接地選線裝置，可選擇跳閘;

2、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的匯集線路，宜裝設(shè)兩段三相式電流保護(hù)及一段或兩段零序電流保護(hù)。

解讀：根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)調(diào)【2011】974號(hào)《關(guān)于印發(fā)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)的通知》附件《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)》第7款：風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)單相故障應(yīng)快速切除。匯集線系統(tǒng)應(yīng)采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地方式，不應(yīng)采用不接地或消弧柜接地方式。經(jīng)電阻接地的匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，應(yīng)能通過相應(yīng)保護(hù)快速切除，同時(shí)應(yīng)兼顧機(jī)組運(yùn)行電壓適應(yīng)性要求。經(jīng)消弧線圈接地的匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，應(yīng)能可靠選線，快速切除。匯集線保護(hù)快速段定值應(yīng)對(duì)線路末端故障有靈敏度。匯集線系統(tǒng)中的母線應(yīng)配置母差保護(hù)。

由以上可知，為避免35KV風(fēng)電匯集線路單相接地故障事故擴(kuò)大，對(duì)于35KV中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地風(fēng)電匯集線路，應(yīng)配置帶跳閘功能的小電流接地選線裝置，單相接地時(shí)，選擇跳閘。此條為國(guó)家電網(wǎng)公司強(qiáng)制要求。974號(hào)文中明確提出風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)不應(yīng)采用不接地方式，而本規(guī)范卻有提出中性點(diǎn)不接地方式，筆者認(rèn)為，如果配置的小電流接地選線裝置動(dòng)作可靠無誤，出現(xiàn)單相接地故障時(shí)即通過選線，迅速切除故障線路，目的殊途同歸。并且，本規(guī)范實(shí)行日期教2011年晚了四年多，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步足以彌補(bǔ)歷史特殊情況下制度的不足。中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，單相接地電流較小(小于10A)，需要通過小電流選線裝置切除故障線路。而中性點(diǎn)經(jīng)小電阻(電阻小于10歐姆)接地，單相接地故障電流約為數(shù)百安培，裝設(shè)單獨(dú)的零序電流保護(hù)具有較高的動(dòng)作可靠性和靈敏性，故可迅速切除故障線路。

未完待續(xù)……

作者單位：

刁書廣  顧文龍  東方 電氣(通遼)風(fēng)電工程技術(shù)有限公司

張 磊  北京京能新能源有限公司沈陽(yáng)分公司

馬鳳龍  新疆金風(fēng)科技股份有限公司

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