淺談風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)的選型及優(yōu)化

李騰飛　戴曉亮　張曉峰

摘 要：風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)是風(fēng)電場重要的組成部分，文章介紹了風(fēng)電場常用的幾種就地升壓系統(tǒng)方案的特點(diǎn)。對采用美式箱變的就地升壓系統(tǒng)方案進(jìn)行了優(yōu)化，并組織相關(guān)專家進(jìn)行了認(rèn)真的論證和評審，推出這種新型的就地升壓系統(tǒng)方案，在保證風(fēng)電場設(shè)備安全可靠運(yùn)行下，降低業(yè)主對風(fēng)電場的投資成本，提高業(yè)主的項(xiàng)目收益率。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；就地升壓系統(tǒng)；美式箱變；升壓變壓器；歐式箱變；油浸式變壓器

引言

風(fēng)電作為一種潔凈的可再生能源，近幾年發(fā)展已較為成熟，隨著國家大力推廣新能源行業(yè)，風(fēng)電也得到了迅猛的發(fā)展，預(yù)計到2016年末中國風(fēng)電累計裝機(jī)容量將超過1.5×105MW，風(fēng)電能發(fā)展如此之快的直接動力來自國家的政策導(dǎo)向“電價補(bǔ)貼”，盡管目前中國風(fēng)電機(jī)組已國產(chǎn)化，發(fā)電趨于規(guī)?；?，但如果沒有國家的政策導(dǎo)向“電價補(bǔ)貼”，風(fēng)電還是很難與火電等傳統(tǒng)發(fā)電相競爭，遂怎么才能進(jìn)一步降低風(fēng)電場的建設(shè)成本，是值得我們?nèi)ビ懻摰?，文章將通過優(yōu)化風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)的方式降低風(fēng)電場建設(shè)成本。

1 風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)的選型

風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能（0.69kV或0.62kV）通過附近的變電站升壓至35kV后接入場內(nèi)的集電線路，風(fēng)機(jī)和箱變采用“一機(jī)一變”的單元接線方式，箱變一般布置在距風(fēng)機(jī)約15m處。以上這種升壓方案稱為風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)。集電線路通過升壓站（110kV或220kV）接入電網(wǎng)。風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)主要由變壓器構(gòu)成，該變壓器作為風(fēng)電場集電線路及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的紐帶，起到了風(fēng)機(jī)產(chǎn)生電能輸送的作用，同時也為塔筒內(nèi)照明及電氣設(shè)備檢修提供了有利的保障。目前就地升壓系統(tǒng)選用的變壓器有以下幾種形式。

1.1 預(yù)裝箱式變壓器

俗稱歐式箱變，它主要由高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器、避雷器、變壓器（油浸式或干式）、低壓空氣開關(guān)、CT（電流互感器）、電能計量設(shè)備、電壓表和電流表等組成，所有的設(shè)備在工廠一次安裝、調(diào)試合格，結(jié)構(gòu)一般為目字型布置，即高壓室及低壓室分別布、置在變壓器的兩側(cè)，各室之間用鋼板隔開，這樣每個箱都是獨(dú)立的，組合起來又是一個完整的變電站整體，具有結(jié)構(gòu)緊湊，安全可靠特點(diǎn)。由于風(fēng)電場風(fēng)沙較大，變壓器選型時既要考慮防風(fēng)沙措施又要考慮散熱等因素，另考慮到歐式變壓器成本高于美式箱變，故該種類型變壓器在風(fēng)電場運(yùn)用較少，其主要應(yīng)用于住宅小區(qū)、城市公用變、繁華鬧市及施工電源燈。

1.2 組合式變壓器

俗稱美式箱變，與歐變不同的在于美式箱變是將變壓器鐵芯、高壓負(fù)荷開關(guān)、保護(hù)用熔斷器等設(shè)備統(tǒng)一設(shè)計，放在同一注油箱內(nèi)，其結(jié)構(gòu)為品子型布置，美式箱變分為前、后兩部分：前面為高、低壓操作間隔，操作間隔內(nèi)包括高低壓接線端子，負(fù)荷開關(guān)操作柄，無載調(diào)壓分節(jié)開關(guān)，插入式熔斷器，油位計等；后部為注油箱及散熱片，將變壓器繞組、鐵芯、高壓負(fù)荷開關(guān)和熔斷器放入變壓器油箱中。避雷器也采用油浸式金屬氧化物避雷器。由于結(jié)構(gòu)簡化，美式歐式箱變的占地面積和體積大大減小，其所需占地面積僅是歐式箱變的1/4，體積僅為同容量歐式箱變的1/5～1/3。根據(jù)以上美式箱變的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，故該種變壓器在風(fēng)電場應(yīng)用廣泛。

1.3 華式箱變壓器

由于該種變壓器，國家還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，故而市場上的華變型式各異，既有在美式箱變美式箱變基礎(chǔ)上，把高壓側(cè)油浸式負(fù)荷開關(guān)和熔斷器更換為外置的真空負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合而形成的華式箱變的，也有在歐式箱變基礎(chǔ)上把散熱器外露而成的華式箱變，故文章不再詳細(xì)介紹。

1.4 油浸式變壓器

所有設(shè)備均露天布置，將跌落熔斷器及避雷器一同安裝于35kV爬桿（塔）上，采用電纜連接至風(fēng)機(jī)塔機(jī)柜內(nèi)。因高壓側(cè)除跌落熔斷器外，再無任何分?jǐn)嘌b置，當(dāng)風(fēng)機(jī)或箱變需要檢修時，會導(dǎo)致整條集電線路斷電，這樣將會造成其他風(fēng)機(jī)也不能正常出力，對業(yè)主造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，則需增加35kV戶外式負(fù)荷開關(guān)，另還需在塔筒內(nèi)配置檢修變壓器，其綜合成本高于美式箱變。

1.5 干式變壓器

由于此種變壓器對環(huán)境條件要求較高，故一般的陸地風(fēng)場均不采用此種形式，只有海上風(fēng)電采用，并將其放置在塔筒內(nèi)，由于對變壓器提出了較為苛刻的尺寸要求，并需配置相關(guān)的附件，故綜合成本高于常規(guī)的箱式變壓器。

以上就是目前風(fēng)電場常用的幾種就地升壓系統(tǒng)方案，各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以得出，美式箱變較歐式箱變體積小，造價相對較低，而如采用油浸式變壓器，其綜合成本高于美式箱變。于是我們決定在美式箱變的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

2 風(fēng)電場就地升壓系統(tǒng)的優(yōu)化

我們根據(jù)市場調(diào)研及分析，設(shè)計一種就地升壓方案，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出口電壓一般為690V（或620V），通過專用變壓器升壓至35kV，然后通過埋地電纜或者架空線路輸送至風(fēng)電場升壓站，再向電網(wǎng)送電，變壓器本體方案設(shè)計可按常規(guī)電力變設(shè)計，容量一般在風(fēng)力發(fā)電功率的1.1倍。新型就地升壓方案中箱變的高壓側(cè)仍然保持高壓室負(fù)荷開關(guān)以及熔斷器都安裝在變壓器油箱內(nèi)，將箱變的低壓柜部分優(yōu)化掉，但需保留變壓器低壓部分接線端子，保證低壓電纜可與變壓器可靠連接。

該新型就地升壓方案較常規(guī)就地升壓方案，具有以下優(yōu)勢。（1）改變傳統(tǒng)美式箱變的設(shè)計方案，簡化系統(tǒng)方案，減少美式箱變低壓柜的投資，體積更小，便于安裝?？s短施工周期。（2）簡化升壓箱變及減少電氣室土建工程量，提高土地利用率。（3）由于減少了箱變的低壓部分，則減少了低壓柜的維護(hù)，減少了故障點(diǎn)。

綜上所述，采用新的就地升壓設(shè)計方案為行業(yè)內(nèi)在風(fēng)電場設(shè)計方案的先進(jìn)性方面提供新的思路。

3 優(yōu)化后就地升壓系統(tǒng)保護(hù)的配置

之所以可以優(yōu)化掉美式箱變的低壓柜，是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的塔基柜內(nèi)配置了對電網(wǎng)完善的保護(hù)裝置，一旦集電線路及箱變系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)異常，風(fēng)機(jī)保護(hù)動作并切除風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)則不會因此受到損害。箱變內(nèi)配置的一些保護(hù)是比較簡單的，其保護(hù)功能遠(yuǎn)不如風(fēng)機(jī)保護(hù)，且形成重復(fù)的交叉保護(hù)，因此，箱變配置的電網(wǎng)保護(hù)則是不必要的，可以取消。其中智能型斷路器的保護(hù)范圍及功能完全可由風(fēng)機(jī)電網(wǎng)保護(hù)代替，所以可以優(yōu)化掉美式箱變內(nèi)的低壓柜，這樣不但有利于減少事故點(diǎn)，而且提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4 結(jié)束語

為了確保此種就地升壓方案能夠滿足風(fēng)電場運(yùn)行需要，特變電工新疆新能源股份有限公司組織特變電工新疆變壓器廠、特變電工衡陽變壓器廠、特變電工西安電力設(shè)計有限公司等單位的15位專家對此種就地升壓方案進(jìn)行了認(rèn)真論證和評審，認(rèn)為此種就地升壓方案是對風(fēng)電場傳統(tǒng)就地升壓方案的一種優(yōu)化，技術(shù)上滿足風(fēng)電機(jī)組的安全、可靠的運(yùn)行要求，如在今后的項(xiàng)目中采用容量為1600kVA的就地升壓方案，每臺箱變約節(jié)約成本4萬元，1個49.5MW的風(fēng)電項(xiàng)目，節(jié)約成本約132萬元，以中國2014年新增裝機(jī)容量23GW計算，共節(jié)約成本約60720萬元，且減少美式箱變低壓柜的選型、設(shè)備的生產(chǎn)周期以及土建工程施工。具有客觀的研究意義及應(yīng)用價值，目前此種就地升壓系統(tǒng)方案已應(yīng)用于特變電工固陽興順西100MW風(fēng)電場工程。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T537-2002.高壓/低壓預(yù)裝箱式變電站選用導(dǎo)則[S].

[2]JB/T10217-2013.組合式變壓器[S].

[3]GB/T6451.1-2008.三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求[S].

作者簡介：李騰飛（1988-），男，陜西西安，助理工程師，本科，主要從事風(fēng)電系統(tǒng)集成的設(shè)計與研究。

戴曉亮（1983-），男，陜西西安，助理工程師，本科，主要從事風(fēng)電系統(tǒng)集成的設(shè)計與研究。

張曉峰（1984-），男，陜西西安，工程師，本科，主要從事風(fēng)電系統(tǒng)集成的設(shè)計與研究。