風電場工程中箱式變電站的比較分析與設計選型

易一鵬　吉利

【摘 要】從風力發電場箱式變電站的構成及運行特點出發，以某特定型號的箱式變電站為例，從體型、配置、造價等方面，在技術和經濟上綜合對比分析了美式箱變、華式箱變和歐式箱變的特點，并給出了風電場箱式變電站選型建議。

【Abstract】Starting from the constitution and operation characteristics of box type substation in wind power plant， taking a certain type of box type substation as an example， from the aspects of body shape， configuration， cost and so on， this paper makes a comprehensive comparison and analysis of the characteristics of American box change， Chinese box change and European box change in terms of technology and economy， and gives suggestions for the selection of box type substation in wind farm.

【關鍵詞】箱式變電站；風力發電；設計選型

【Keywords】 box type substation； wind power； design selection

【中圖分類號】TK83 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0164-02

1 引言

近年來，風力發電發展迅速，風電電能在電網中的占比逐年上升。箱式變電站在風電場工程中得到廣泛應用，它是風電場實現第一級升壓必不可少的設備。箱式變電站有各種型式，工程中應選擇設備性能良好、安全可靠性高的箱式變電站產品。論文首先分析了風電場箱式變電站的運行特點，對比分析幾種常用型式的箱式變電站，并對其選型給出建議。

2 箱式變電站的構成與運行特點

箱式變電站簡稱“箱變”，具有組裝靈活、方便運輸、便于操作，檢修維護工作量小等特征，被廣泛應用于風電場工程中。箱變為風電場第一級升壓設備，其低壓側電壓一般為AC 0.69kV，高壓側為AC 35kV。由于風場內各風電機組之間相距較遠，為降低發電機回路的電能消耗，減少發電機回路動力電纜的長度和數量，風電機組與箱式變電站一般采用一機一變的單元接線組合方式。除了海上風電機組等一些箱變置于塔筒內部方案以外，箱變一般安裝布置于距離風機塔筒中心約15m處。

箱變將風電機組發出的電能升壓至中壓等級電壓，再通過地埋電纜或架空集電線路送到升壓站進行第二級升壓。風電場箱變具有如下運行特征[1]：第一，變壓器容量小，空載時間長。國內陸上風電場單機多為1.5MW、2.0MW、2.5MW機型，容量均不大。第二，低進高出的連接方式。風電從箱變低壓側0.69kV進線，高壓側35kV出線，進出線均采用電纜連接方式。目前多選用0.69kV/35kV的升壓變壓器升壓，然后通過集電線路匯集至升壓站35kV配電裝置上。第三，高壓側配置避雷器。高壓側避雷器與風電機組內部的過電壓保護裝置組成過電壓吸收回路，在高壓側的絕緣設計上應充分考慮避雷器殘余電壓對高壓側電氣設備的影響。第四，使用環境惡劣。我國風力資源豐富的地區很多都是在極端溫差大、風沙盛行、空氣濕度大、鹽霧聚集等環境惡劣的地區，箱變在設計生產中還應考慮防塵、防雨、防凝露、防動物進入以及通風散熱的要求。第五，過載時間少。由于變壓器容量一般都比風力發電機容量大，并且風機內部配置有微機自診斷功能，在風機過載時會自動采取限速措施或切機，箱變很少出現過載情況[2]。

3 箱式變電站常見分類

根據箱變產品結構特征及所采用元件的不同，用于風電場工程中的箱變主要分為美式箱變、歐式箱變和華式箱變三大類。

3.1 風電用美式箱變

美式箱變簡稱“美變”，又稱為組合式變壓器。美變內部變壓器均為油式變壓器，是將升壓變壓器器身、高壓負荷開關、無勵磁分接開關、熔斷器及相應保護設備組合而成的組合變壓器[3]，高壓負荷開關及熔斷器均安裝于變壓器油箱內，且變壓器器身、散熱片及油枕（部分美變廠家配置）一般露置于外界環境中，其典型特點是結構緊湊、體積小、造價低。

3.2 風電用歐式箱變

歐式箱變簡稱“歐變”，又稱為預裝箱式變電站。歐變一般采用“品”字型或“目”字型布置，內部各功能區間區分明了，可根據需要選擇采用油變或者干式變。歐變主要由高壓開關設備室、低壓開關設備室以及變壓器室組成，高壓設備室內一般安裝高壓真空負荷開關-熔斷器組合電器及隔離開關進行控制保護，低壓設備室配置有低壓框架斷路器、浪涌保護器、以及0.4kV配電系統等。歐變所有元件均封閉安裝于一個整體外殼內，其典型特點是體積大、造價高、環境適應性好。

3.3 風電用華式箱變

國內箱變廠家在吸收美變和歐變技術特征的基礎上，改進衍生出一種新形式的華式箱變，簡稱“華變”。與美變相比，華變增加了高壓隔離開關（帶接地開關），與高壓負荷開關形成機械閉鎖關系，且負荷開關與熔斷器不置于油箱中，在檢修時形成可見斷點。高、低壓開關設備及測控保護裝置均安裝于封閉式外殼內，同時，在結構上保留了美變的散熱優勢，將變壓器器身、散熱片和油枕均外置于大氣環境中。

4 箱變技術經濟比較

某風電場風電機組為2.0MW機型，配套采用2200kVA型式的箱變。對擬選三種型式的箱變進行技術經濟比較如表1。

5 風電場箱變選型建議

歐變整體性能最佳，但一次投資成本最高、體型最大，適用于高海拔、氣候條件惡劣、少人值守地區，以及對外形要求高、對環保要求高的自然保護區、市區等地方。美變體型小，結構緊湊，適用于對外形要求不高、電站巡檢方便的地區。華變吸收了美變與歐變二者的特征，體型與價格均適中，性價比較好，近年來華變在風電場中的應用逐漸增多。

美變、歐變、華變在技術上均能滿足一般條件風電場的使用要求，它們在技術經濟上存在著各自的優缺點，項目建設單位應綜合考慮項目概算、當地使用環境等因素來選擇箱變型式。

【參考文獻】

【1】馮紹興.光伏發電并網對電力系統電壓穩定的影響分析[D].鄭州：鄭州大學，2014.

【2】秦睿，董開松，汪紅燕，等.大規模光伏電站集中并網對電網的影響分析及對策[J].電氣自動化，2014，36（03）：57-59.

【3】霍東亨.探討分布式光伏發電并網對配電網運行安全的影響[J].科技創新與應用，2017（03）：194.endprint