风力发电 风电场主要一次设备(借鉴材料)

风电场工程电气一次设计要点摘要：随着风电单千瓦造价的不断优化，机型容量不断增加。

电气一次各部分的设备选型和设计方案也在随之变化。

本文以某风电场实际案例为蓝本，对风力发电电气一次设计要点进行了详细的阐述与分析。

关键词：风电机组电气一次工程设计1 综述风电场电气部分主要由一次和二次部分(系统)组成。

电气一次可分为四个主要组成：风电机组、集电线路、升压变电站、所用电系统。

电气二次分为风力发电机组计算机监控系统和变电站计算机监控系统。

本文着重以某风电场风电机组电气一次设计为例，结合电气主接线等内容对风电场电气一次从理论到技术进行了简要阐述，其中包括接入系统、电力电缆和主要电气设备的选型、过电压和接地保护系统、照明系统等。

2系统设计2.1接入系统。

本工程风电场总装机容量为40兆瓦，安装单机容量为2兆瓦D110 的双馈异步型风力发电机组20台。

本期刚才新建110kV升压变电站1座，配置一台40兆伏安主变和两台50兆伏安主变及一回110Kv出线,本期机组通过35kV集电线路接入风电场升压站35kV 侧。

2.2电气主接线2.2.1升压站电气主接线。

风电场建设承载着向系统供电的任务，根据风电场最终规划方案，建设一座110kV升压站，建成一台40MVA主变压器，经GIS接入110kV母线，并通过10kV线路接入220kV变电站。

升压站低压侧为风电场电源进线，电压等级35kV。

2.2.2风电场电气主接线。

机组出口电压为0.69 kV，风电机组与箱式变的接线方式采用一机一变的单元接线方式，配套选用20台箱式变压器，其低压侧电压与机组匹配选用0.69 kV，高压侧35 kV，箱式变就近配置在距离风力发电机组塔基约25米的位置。

2.3主要设备选型2.3.1短路电流。

短路电流计算结果直接影响到电气系统的安全性和造价，将风电场作为独立系统进行短路电流的分析计算，通过对整个电气系统中的组成元件进行合理的等值、简化，在不改变其主要电气特性的前提下，将复杂的电气网络简化成为可供计算的电路模型。

风力发电系统有哪些设备组成？风力发电机根据应用场合的不同又分为并网型和离网型风力机，离网型风力发电机亦称独立运行风力机是应用在无电网地区的风力机，一般功率较小。

独立运行风力机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同组成独立运行风力机发电系统。

这种独立运行系统可以是几千瓦乃至上几十千瓦解决一个村落的供电系统，也可以是几十到几百瓦的小型风力发电机组以解决一家一户的供电，我们这里主要介绍适合我国边远无电地区的小型风力发电机组。

小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。

①风轮：小型风力机的风轮大多用2－3个叶片组成，它是把风能转化为机械能的部件。

目前风轮叶片的材质主要有两种。

一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料，手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时，产品质量不易控制。

国外小风机也采用机械化生产等截面叶片，大大提高了叶片生产的效率和产品质量。

②发电机：小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机，由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。

③调向机构、调速机构和停车机构：为了从风中获取能量，风轮旋转面应垂直于风向，在小型风机中，这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。

同时随着风速的增加，要对风轮的转速有所限制，这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏，另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。

由于小型风力机的结构比较简单，目前一般采用叶轮侧偏式调速方式，这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动，从而引起风力机的振动。

因此，在风速较大时，特别是蓄电池已经充满的情况，应人工控制风力机停机。

在有的小型风力机中设计有手动刹车机构，另外在实践可采用侧偏停机方式，即在尾翼上固定一软绳，当需要停机时，拉动尾翼，使风轮侧向于风向，从而达到停车的目的。

风电场主要设备介绍及其基本理论【摘要】：本文主要讲述风电场电气部分的系统构成和主要设备，包括与风电场电气相关的各主要内容，对于研究风力发电系统的工程技术人员、系统设计人员有一定的指导意义。

【关键词】：风电场垂直轴水平轴1 风力发电机的类型风力发电机多种多样，归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

1.1水平轴风力发电机水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。

升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。

对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。

大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。

对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。

风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则称为下风向风机。

水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的在一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。

1.2垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有纯阻力装置的风轮；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。

这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。

在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。

达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。

现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。

风电场设备概述一、油浸式变压器风电场共装设变压器35台油浸式变压器。

其中110kV主变一台，运行于110kV Ⅰ母，用于将风电场电压升至110kV并入国投220kV风电汇集站；35kV箱式变压器33台，运行于35kV母线Ⅰ母，用于将风电机组出口电压升压至35kV汇集至35kV集电线路SVG。

35kVSVG补偿变1台，用于将35kV降压至10kV供SVG静止型动态无功发生装置。

二、干式变压器风电场共装设变压器2台干式变压器。

35kV/400V站用变一台，运行于110kV 1号主变35kVⅠ母，用于将35kV电压降至400V供风电场设备生活用电；35kV接地变压器一台，运行于110kV 1号主变35kV母线Ⅰ段，用于从110kV 1号主变低压侧引出中性点，供35kV线路保护用。

三、高压断路器本电场户外高压断路器主要分为2台110kV SF6断路器、1台35kV SF6断路器和5台35kV真空断路器，110kV SF6断路器型号规格为LW36-126(W)/T3150-40(H)，生产厂家为江苏如高高压电器有限公司；35kV SF6断路器型号规格为SFM-40.5，生产厂家为四川宝光电器设备有限公司；35kV 真空断路器型号规格SDQV-40.5，生产厂家为四川宝光电器设备有限公司。

四、隔离开关本电场户外隔离开关主要分为110kV 隔离开关和35kV隔离开关及10kV 隔离开关，110kV 隔离开关型号规格分别为双柱水平旋转式GW4A-126，生产厂家为江苏如高高压电器有限公司；35kV 隔离开关型号规格双柱水平旋转式GW4-35/630，生产厂家为江苏如高高压电器有限公司；10kV 隔离开关型号规格双柱水平旋转式GW4-12DW/1250-Ⅳ。

五、避雷器本电场避雷器主要分为110kV避雷器和35kV避雷器，110kV 避雷器型号规格分别Y10W-102/266W、Y1.5W-72/186W（1号主变高压侧中性点避雷器）；35kV 避雷器型号规格分别ZH-TBP-35、YH5WZ-51/134（800A）六、高压开关柜本电场高压开关柜型号规格为KYN61-40.5，生产厂家为江苏大全长江电器股份有限公司。

二、风力发电系统有哪些设备组成之迟辟智美创作2.1基来源根基理和部件组成如下：年夜部份风机电具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部份转速为零.距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒.图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风机电的背部.这是显而易见的，因为叶片末真个转速是撞击风机电前部的风速的八倍.年夜型风机电的转子叶片通常呈螺旋状.从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比空中的通常风向陡很多）.如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转.因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿空中上的风向被推离.2.2 风机电结构机舱：机舱包容着风机电的关键设备，包括齿轮箱、发机电.维护人员可以通过风机电塔进入机舱.机舱左端是风机电转子，即转子叶片及轴.转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心.现代600千瓦风机电上，每个转子叶片的丈量长度年夜约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼.轴心：转子轴心附着在风机电的低速轴上.低速轴：风机电的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起.在现代600千瓦风机电上，转子转速相当慢，年夜约为19至30转每分钟.轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行.齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍.高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发机电.它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风机电被维修时.发机电：通常被称为感应机电或异步发机电.在现代风机电上，最年夜电力输出通常为500至1500千瓦.偏航装置：借助电念头转念头舱，以使转子正对着风.偏航装置由电子控制器把持，电子控制器可以通过风向标来感觉风向.图中显示了风机电偏航.通常，在风改变其方向时，风机电一次只会偏转几度.电子控制器：包括一台不竭监控风机电状态的计算机，并控制偏航装置.为防止任何故障（即齿轮箱或发机电的过热），该控制器可以自动停止风机电的转动，并通过德律风调制解调器来呼叫风机电把持员.液压系统：用于重置风机电的空气动力闸.冷却元件：包括一个风扇，用于冷却发机电.另外，它包括一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油.一些风机电具有水冷发机电.塔：风机电塔载有机舱及转子.通常高的塔具有优势，因为离空中越高，风速越年夜.现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米.它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔.管状的塔对维修人员更为平安，因为他们可以通过内部的梯子达到塔顶.格状的塔的优点在于它比力廉价.风速计及风向标：用于丈量风速及风向.蓄电池：是发电系统中的一个非常重要的部件,多采纳汽车用铅酸电瓶，近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池.也有选用镉镍碱性蓄电池的，但价格较贵.控制器和逆变器：风力机控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电，以保证蓄电池不至于过充和过放，以保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作.目前风力机控制器一般都附带一个耗能负载，它的作用是在蓄电池瓶已布满,外部负荷很小时来吸纳风力机发出的电能.逆变器：逆变器是把直流电(12V、24V、36V、48V)酿成220V交流电的装置，因为目前市场上很多用电器是220V供电的，因此这一装置在很多应用场所是必需的.2.3 风机电发机电风机电发机电将机械能转化为电能.风机电上的发机电与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点分歧.原因是，发机电需要在摆荡的机械能条件下运转.年夜型风机电（100-150千瓦）通常发生690伏特的三相交流电.然后电流通过风机电旁的变压器（或在塔内），电压被提高至一万至三万伏，这取决于本地电网的标准.年夜型制造商可以提供50赫兹风机电类型（用于世界年夜部份的电网），或60赫兹类型（用于美国电网）.2.3.2 冷却系统发机电在运转时需要冷却.在年夜部份风机电上，发机电被放置在管内，并使用年夜型风扇来空冷；一部份制造商采纳水冷.水冷发机电更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统发生的热量.2.3.4 启动及停止发机电如果你通过弹开一个普通开关，将年夜型风机电发机电与电网连接或解开，你很可能会损毁发机电、齿轮箱及邻近电网.2.3.5 发机电电网的设计风机电可以使用同步或异步发机电，并直接或非直接地将发机电连接在电网上.直接电网连接指的是将发机电直接连接在交流电网上.非直接电网连接指的是，风机电的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配.采纳异步发机电，这个调节过程自动完成.2.4 转子叶片2.4.1 转子叶片轮廓（横切面）风机电转子叶片看起来像航行器的机翼.实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远真个部份的横切面设计得类似于正统飞机的机翼.可是叶片内真个厚轮廓，通常是专门为风机电设计的.为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性.叶片的轮廓设计，即使在概况有污垢时，叶片也可以运转良好.2.4.2 转子叶片的材质年夜型风机电上的年夜部份转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造.采纳碳纤维或芳族聚酰胺作为强化资料是另外一种选择，但这种叶片对年夜型风机电是不经济的.木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场呈现，尽管目前在这一领域已经有了发展.钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风机电上.2.5 风机电齿轮箱为什么要使用齿轮箱？风机电转子旋转发生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发机电.为什么我们不能通过主轴直接驱动发机电？如果我们使用普通发机电，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50赫兹交流三相电网上，我们将不能不使用转速为1000至3000转每分钟的风机电.对43米转子直径的风机电，这意味着转子末真个速度比声速的两倍还要高.另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发机电.但如果你要将发机电直接连在电网上，你需要使用200个电极的发机电，来获得30转每分钟的转速.另外一个问题是，发机电转子的质量需要与转矩年夜小成比例.因此直接驱动的发机电会非常重.使用齿轮箱，你可以将风机电转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发机电上的较高转速、较低转矩.风机电上的齿轮箱，通常在转子及发机电转速之间具有单一的齿轮比.对600千瓦或750千瓦机器，齿轮比年夜约为1比50.2.6 风机电偏航装置风机电偏航装置用于将风机电转子转动到迎风的方向.2.6.1 偏航误差当转子不垂直于风向时，风机电存在偏航误差.偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部份可以在转子区域流动.如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风机电转子电力输入的极佳方式.可是，转子靠近风源的部份受到的力比其它部份要年夜.一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况.另一方面，这意味着叶片在转子每一次转动时，城市沿着受力方向前后弯曲.存在偏航误差的风机电，与沿垂直于风向偏航的风机电相比，将接受更年夜的疲劳负载.2.6.2 偏航机构几乎所有水平轴的风机电城市强迫偏航.即，使用一个带有电念头及齿轮箱的机构来坚持风机电对着风偏转.本图显示的是750千瓦风机电上的偏航机构.我们可以看到环绕外沿的偏航轴承，及内部偏航马达及偏航闸的轮子.几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构.偏航机构由电子控制器来激发.2.6.3 电缆扭曲计数器电缆用来将电流从风机电运载到塔下.可是当风机电偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲.因此风机电配备有电缆扭曲计数器，用于提醒把持员应该将电缆解开了.类似于所有风机电上的平安机构，系统具有冗余.风机电还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发.。