3MW風電機組升壓變壓器高壓側接線形式的探討

張 瑋，胡 靜

(華北電力設計院工程有限公司，北京 100120)

風電場的大規模化和風電機組單機容量的提高，已是風力發電規劃發展和開發研究的必然趨勢。我國海上風電項目的建設，已將2.5MW、3MW的風電機組推向市場，并擁有了一定的運行經驗。隨著近兩年中國零部件產業鏈供求趨于平衡，風電機組造價穩中有降，更多風電項目的投資者和建設單位，青睞于提高風資源利用率、降低綜合投資和提高發電收益的明顯優勢，國產陸上風電機組的主流機型已經從單機容量1.5MW～2MW逐漸向2.5MW～3MW過渡。

國家電網公司《風電場電氣系統典型設計——第二冊 變電部分》(以下簡稱“典設”)對風電機組高低壓側設備配置中升壓變壓器高壓側(35kV側)有如下要求：對于2MW及以下容量的風電機組，采用負荷開關與熔斷器組合方式；對3MW容量及以上風電機組，采用真空斷路器形式。

本文將針對風力發電機組箱式變電站高壓側采用斷路器和負荷開關與熔斷器的兩種接線形式進行比較和探討。

1 傳統風電機組變壓器配置接線

與常規火電機組的布置特點相比，風電場占地面積大、風電機組單機容量小、布置分散，數量較多，風機通常均采用一機一變的接線形式就地升壓至35kV，多臺風電機組通過集電線路并聯匯集后送至風電場升壓管理站。因風電場的布置特點不方便從管理站接取操作電源，故傳統的風電機組升壓變壓器高壓側通常采用負荷開關和熔斷器進行保護，如圖1所示。其接線形式簡單、可靠并可與變壓器按美式箱變的結構緊湊布置，節約占地。

圖1 高壓側配置負荷開關和熔斷器的機組變接線示意圖

2 3MW風電機組變壓器典型配置接線

前些年受熔斷器選型限制，我國3MW級以上的大型風電機組，升壓變壓器高壓側通常按真空斷路器的型式配置。因為35kV熔斷器的額定電流僅能做到50A～63A，無法滿足3000kVA變壓器的使用要求，接線示意見圖2。

此種接線在升壓變壓器的高壓側配套了斷路器，相應配置了完善的三段式保護等二次保護功能，并通過光纜上傳全部斷路器就地設備的狀態參數，可進行遠方操作。但同時也帶來了占地面積大，只能應用于安裝復雜的歐式箱變結構內，直流操作電源無法解決等諸多問題。

3 負荷開關和熔斷器在3MW機組升壓變壓器中應用的可行性

圖2 高壓側配置真空斷路器的機組變接線示意圖

隨著科學技術的不斷發展和市場需求的不斷擴大，在2011年前后，國內各大電力設備生產廠商紛紛推出了適用于3000～3500kVA 容量的80A級的全范圍插拔式熔斷器，并通過了相關檢測，使得3MW級風電機組采用負荷開關和熔斷器組保護成為可能。其安秒特性曲線見圖3。

圖3 熔斷器安秒特性曲線

由圖3可知，80A全范圍熔斷器的過載保護和短路保護的特性完全可以滿足3000kVA變壓器的過流和速斷保護要求。

《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》(GB50062－2008)關于“電力變壓器的保護”中規定： “電壓為10kV的重要變壓器或容量為2MVA及以上的變壓器，當電流速斷保護靈敏度不符合要求時，宜采用縱聯差動保護。”

因此，容量為3MW的箱式變電站，采用熔斷器組合電器作為速斷保護滿足繼電保護規范要求。

4 技術經濟比較

作為大容量變壓器的保護設備，斷路器完善的保護功能優點顯著，但不論變壓器事故跳閘或熔斷器熔斷后都必須由值班人員到現場檢查變壓器后，才可合閘送電，事故處理方式上二者是一樣的。從運行經驗上看，負荷開關和熔斷器方案在箱變故障時能迅速切斷電源，沒有誤動作可能性，火災事故也很少發生，安全性不比斷路器保護跳閘差，在風電場已有多年使用經驗，保護能力完全能夠滿足規范要求和現場需求。

從布置上看，采用真空斷路器的配置形式，需要相應配置繼電保護、蓄電池組等二次設備，帶來箱變布置復雜、占地面積大，還要考慮保溫等諸多問題。而采用全范圍插拔式熔斷器配合負荷開關的配置，使得3MW級變壓器可以采用傳統的美式箱變的緊湊型全密封結構，更有利于箱式變電站的安裝。

從經濟性分析，配置真空斷路器的升壓變壓器，比配置熔斷器組合電器至少高出約4～5萬元，相當于單臺箱式變電站總價的20%左右。因此，使用熔斷器組合電器的配置形式在經濟性上具有明顯優勢。

5 結語

綜上所述，價格合理、結構簡單、性能穩定和保護靈敏的技術經濟特性要求，決定了目前我國3MW容量的風電機組升壓變壓器依然更適合配置負荷開關與熔斷器組合電器的接線形式。隨著80A及更大電流的全范圍熔斷器產品的不斷成熟，負荷開關與熔斷器組合電器的配置必將成為3MW級風電機組升壓變壓器的主流接線形式。

[1]國家電網公司.風電場電氣系統典型設計[M].中國電力出版社，2012.

[2]GB50062－2008，電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范[S].

[3]李暉，王靖，解統成.風電場電氣設計特點及標準化.