风电场工程电气设计标准化——简介电气设计标准图库的建立
2012/6/1
风电场工程电气设计标准化——简介电气设计标准图库的建立(2009-09-10)
刘峰、张玉鑫、蒋一峰、张维力、徐其惠中国水电顾问集团公司北京勘测设计研究院（100024）
摘要：风电场工程电气设计标准化是一项大规模的系统工程，实现标准化和规范化设计对于提高设计产品质量、提高设计工作效率、减少重复性设计工作量来说意义重大。在实现风电场工程电气设计标准化的过程中，建立完善的电气设计标准图库是非常重要的。我院（北京院）在建立电气设计标准图库方面做了大量工作，本文将依据工程规模和特点着重阐述建立标准图库的设计原则，以利于实现设计工作的标准化和规范化，文中列举了50MW装机规模风电场工程升压站标准图库的实例，供同行业相关人员参考。同时提出今后开发和创建标准图库的一些设想，供大家探讨。关键词：风电场 电气设计 标准化 图库 升压站 无功补偿方式 弧光接地 计算机辅助设计 边界条件 模块化
abstract：The electrical design standardization of wind power project is a large-scale system engineering, which is signality for improving design quality of products、improving work efficiency and reducing repetitive design. The establishment of comprehensive electrical design standardization gallery is very important in the electrical design standardization process. The institute (Beijing Hydroelectric Investigation & Design Institute of CHECC) has done a lot of work in the establishment of electrical design standardization gallery. According to the features and project scale, the paper will emphatically elaborate the design principles of the establishment of standardization gallery in order to realize the design standardization. For the same industry staff-related reference, this paper lists the booster station standardization gallery of 50MW wind power station project. At the same time, it is proposed for discussing that some ideas on developing and establishing the standardization gallery in the future。
KEYWORDS：wind farm、electrical design、standardization、gallery、booster station、reactive power compensating strategy、arc grounding、computer aided design、boundary conditions、modularization
1、前言
目前，我国正大力开发建设利用风力发电这种清洁能源，国家发展改革委在《可再生能源中长期发展规划》中确定了我国风电在“十一五”末期及2020年底装机容量达到500万千瓦和3000万千瓦的目标。我国风电建设已经到了快速发展时期，根据目前形式，中国水电顾问集团公司急待加强风电队伍建设，提高产品质量。为了提高集团公司核心竞争力，做好技术标准建设是非常重要的工作。为此，我院受集团公司的委托负责制定《风电场工程电气设计标准图库和软件需求》的科技项目。
集群式联网风机组起源于世界发达国家，目前欧美等国家风能资源开发已经达到一定程度，但至今还没有一定数量的相关的专业性强的规程、规范和设计标准的制定和颁布。而且我国的国情和风电行业与国外有很大不同，不能照搬照套。
在国内由于我国发展风电还处在刚刚起步阶段，各工程设计单位多是参照现有的相关规范和标准进行设计，在工程建设中难免出现这样和那样的不足和缺陷。在风电场工程电气设计上，各设计单位经常把水电工程和火电工程以及现有的标准变电所工程上的经验和做法套搬到风电设计中，没有基本统一的、标准化的设计可参照。因此该项科技项目可以说在国内还属于空白。
编制标准化图库对各工程设计单位具有规范和指导作用，便于各设计单位总结经验和优选设计方案。
标准图库的制定可提高集团公司各设计院的设计产品质量，同时提高集团公司的核心竞争力，确定集团公司的核心地位。
在编制标准化图库过程中有利于总结出适合于风电场工程电气设计的计算机软件功能。为今后实现风电场工程电气设计计算机辅助设计提供可行的技术支持和保护。
2、标准化图库的设计思想
2．1节约场地科学合理布局
谈到标准化图库的设计与选取原则，首先就要涉及到风电开发与建设的特点，就我国可开发利用的风资源分布情况看，内陆季风主要在西北、内蒙古、东北、华北等地，海滨风资源主要分布于东南沿海地区。从充分利用风能的角度合理利用风电机组场地节约占地很重要，对于风电输出工程的建设方面考虑节约占地问题也非常重要。因此在设计风电场工程电气主接线时要考虑风机组集电线路与升压站以及送出线路之间的科学合理布局，避免照搬照套而带来的各种资源浪费。
2.2关于风机组集电线路的电压等级选取
目前风机组集电线路的电压等级大多选用了35kV一个电压等级，这个电压等级的选取基本是合理的。但在一些地区没有35kV电压等级配电网的情况下，建议考虑采用10kV作为风机组集电线路电压等级，这对于风机组初期调试时可节省使用柴油发电机组参加调试的燃油费用。
2.3风机组35kV集电线路（网络）限制产生弧光接地过压措施的选择
在目前已经建成和在建的风电工程中，风机组35kV集电线路（网络）消弧消谐方式主要有：主变压器低压侧经小电阻接地并带平衡线圈方式；采用专用消弧消谐柜（与小电流接地选线配合）方式；Z型变压器配消弧线圈接地方式；Z型变压器配小电阻接地方式；所用变采用Z型变压器方式。具体选择哪种方式应根据计算接地电流大小以及工程所在地区电网经常（习惯）采用的消弧消谐方式来选定。
2.4升压站无功补偿方式的选择
在目前已经建成和在建的风电工程中，第1级升压站（指经箱式变升压后的集电线路汇集处）35kV母线无功补偿方式主要有：固定投切电容器组补偿方式；降压式动态无功补偿方式；SVC动态无功补偿方式。具体选择那种方式应根据无功补偿程度的计算以及工程所在地区电网要求来选择。我们认为固定补偿方式存在的问题较大，很难满足电网的要求，建议不采用；在工程造价允许的前提下优先选用SVC方式为好。
2.5升压站计算机监控系统的选择
升压站综合自动化系统主要以计算机监控系统为主系统，以通风空调控制系统、消防控制系统、工业电视监控等子系统组成。计算机监控系统负责与电网调度交换信息实现“四遥”，同时监测和控制升压站内全部主要运行设备。各子系统均采用计算机控制，形成各自独立的系统。除此之外，对于大型主变状态监测系统、继电保护信息管系统、MIS系统等将与计算机监控系统将机组、主变状态监测系统、继电保护信息管理系统、MIS系统等实现信息交换。
设计中应根据风电场容量、输出电压等级、接入电网要求以及被控对象的性质和数量等因素确定计算机监控系统的功能、系统容量、硬件配置和软件配置。基本要求如下：冗余配置主机系统、操作员工作站以及重要设备。升压站级网络设备应冗余配置，可采用双以太网或环型以太网，必要时可采用双环型以太网。现地控制层按设备和间隔配置，现地控制单元原则上与升压站层系统连接应采用双以太网连接。当现地控制单元与升压站层距离较远时应采用光缆连接。总体要求应满足现有的国家标准和电力行业标准。关于大型风电场是否实现以及如何实现AGC和经济优化发电目前还没有定论，将在今后的工程实践中逐步探索。
2.6风电场工程电气设计标准图库的内容与范围
为了满足风电场工程可研、初设、招标、技施设计阶段需求，考虑工程电气设计与各电器装置设备生产制造的密切联系等因素，初步确定本图库只录入电气主接线图、站用电系统接线图、保护配置图、监控系统图等主要系统图纸，涉及到主接线方案选择、典型设备布置、保护和测量配置、计算机监控结构配置等内容。
2．7风电场工程电气设计标准图库的结构形式
为方便查找和调用图库，我们考虑的图库结构形式是树支结构，按风电场的容量、输出电压等级、无功补偿方式、风机组集电线路弧光接地过压限制措施这四个主要条件不同组合形成，详见附图1：图库结构形式示意图。
3、标准图库实例简介
3.1关于以50MW装机容量风电场工程作为标准图库设计模板的说明
建立标准图库工作现处于起步阶段，在确定以多大装机容量的工程作为风电场工程电气设计标准化的基本模式上，我们认为先选择50MW装机容量较适合。
选择50MW装机容量作为风电场基本建设规模主要从以下几个方面考虑：
（1）50MW装机容量工程规模适当，易于成为典型的标准化设计样板。
（2）50MW装机容量工程能体现出风电工程基本特点、可延展性强。
（3）50MW装机容量工程的输出电压等级涵盖了：220kV、110kV和66 kV。
（4）50MW装机容量工程在建设审批上比较简捷、易于操作、节省审批时间、建设周期短。目前一些较大规模的风电工程采用分期建设方式取得了较好的建设成效。
（5）对于巨大装机容量风电场工程将在今后的设计中进一步总结经验。
基于上述5点因素，我们确定从50MW装机容量工程着手，开展风电场电气设计标准化图库的编制工作。
3.2 50MW装机容量风电场工程电气设计标准图库实例
本文介绍的实例是50MW装机容量（单台风机1500kW,33台）、主变容量为50MVA带有载调压分接开关、3条35 kV风机组集电线路、升压站设置一段35 kV母线、站用变容量为400kVA 、升压站输出电压等级为66kV（110kV、220kV），升压站电气接线形式为线变组。电气主接线按不同的输出电压等级、无功补偿方式和不同的弧光接地过压限制方式分别组合为24种方案。对应24种电气主接线分别配有开关站设备布置图、站用电系统接线图、保护配置图、监控系统网络结构图和直流系统接线图，形成了共计144张图。为了配合计算机辅助设计查找调用方便编制了图库目录索引。
本文仅提供其中1套图的保护配置图和监控系统网络结构图供参考（详见附图2、3）
4、今后的设想
随着风电工程建设规模的不断扩大，建立风电工程电气设计标准图库工作量将随之越增越大，怎样圆满完成这项工作是我们要深入思考的问题，下一步我们将着重做好以下工作：
（1）要加强与各设计单位的沟通，尽*大努力把各种好的典型设计推举选出来加以总结并形成标准化图。
（2）积极与风电场工程电气设计计算机软件生产商配合，尽快实现风电场工程电气设计计算机辅助设计的软件开发，使风电工程电气设计标准图库真正应用于设计工作中。
（3）做好提供各种风电场工程典型电气设计边界条件工作，为实现风电工程电气设计的标准化、模块化设计提供技术支持。
5、结语
风电场工程电气设计标准化图库的编制工作现在还处于起步阶段，在编制过程中会遇到很多实际问题，解决这些问题要靠各设计单位共同来解决。随着风电工程建设规模的不断扩大，各设计单位所承担的风电场工程电气设计规模、形式也会有所变化，及时总结归纳形成标准化图库。做好标准化图库工作，在对于提高设计产品质量、提高设计人员能力和水平，为客户提供优良服务等方面将具有重大意义。
