四更風電場應急柴油發電機供電系統優化

陳國統

（中海油新能源東方風電有限公司， 海南 東方 572600）

1 四更風電場概述

四更風電場安裝24臺風機，由4條集電線路組成，應急柴油發電機均能夠正常供電給1號、2號、3號集電線路，但4號集電線路較長，產生的無功較大，由于消納電纜線路產生的無功，導致柴油發電機輸出電源無法供給4號集電線路。為確保4號集電線路風機帶電偏航，達到防臺效果需要以下措施：在原有柴油發電機、應急變壓器等系統配置的基礎上，增加SVG無功補償成套設備裝置的優化策略，調節應急變壓器低壓側的功率因數及母線電壓，在110 kV線路失電的情況下，實現4號集電線路帶電。

2 應急柴油發電機供電系統優化

2.1 優化思路

應急柴油發電機供電優化系統由一臺800 kW柴油發電機、一臺1000kW應急變壓器、一套1200 kVar靜止型無功發生器及成套開關設備組成。柴油發電機通過開關設備供電給應急變壓器，應急變壓器升壓后通過開關設備供電給33 kV母線，再通過連接母線的集電線路開關裝置給風機供電[1]。四更風電場共有4條集電線路，分別為1號、2號、3號和4號集電線路，每條集電線路帶有6臺風機，如圖1所示。

圖1 四更風電場應急柴油發電機供電系統示意圖

2.2 基本原理

SVG通過電抗器并聯在電網上，通過調節SVG交流側輸出電壓的相位和幅值，就可以使電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，其無功電流可以快速地跟蹤負荷無功電流的變換，自動補償電網所需要的無功功率。

3 應急柴油發電機供電系統優化策略

應急柴油發電機供電系統可根據SVG成套設備裝置安裝方式不同有兩種優化方案[2-3]：

1）應急柴油發電機供電系統增加一套由33 kV控制柜、SVG變壓器、充電箱和功率柜組成的SVG成套設備裝置，通過1臺斷路器連接在33 kV母線上進行供電優化，SVG補償容量為1.2 MVar。四更風電場對該方案進行調試，應急柴油發電機送電后，合上應急變柴油機斷路器低壓側進線0002開關沖擊變壓器的同時，柴油機出口斷路器0004開關跳閘，經過分析判斷是變壓器發生涌流導致。通過更改保護裝置參數可避免涌流問題，但存在一定的風險，且安裝此套SVG的主要目的是調節應急變壓器低壓側的功率因數及母線電壓，即主要控制目標是柴油發電機所在的400 V母線，而若SVG設備接于33 kV母線，對控制目標起到的抑制作用不明顯。

2）應急柴油發電機供電系統增加由SVG控制柜、開關柜、功率柜和充電柜組成的SVG成套設備裝置，SVG補償容量為1.2 MVar，安裝于柴油發電機應急變低壓側400 V母線上進行供電優化。四更風電場對該方案進行了調試,柴油發電機送電后，SVG投入運行進行補償，給4號集電線路送電，并進行了1號、2號、3號風機偏航。當進行4#風機環網柜合閘時，應急變柴油機斷路器3307開關突然跳閘，保護裝置顯示過流II、III段動作，顯示動作值為3.56 A（設定值為2.52 A）。通過分析是變壓器涌流問題，將過流II、III段時間由原來的0.3 s改為3 s可避免涌流問題，繼續給2號、4號集電線路單條線路帶電使風機偏航，保持2號線路帶電偏航的情況下，送上1#風機正常偏航，當送上2號風機環網柜時發生高壓（達到460 V）沖擊導致2號集電線路風機Q7斷路器跳閘。

針對高電壓使風機Q7跳閘的原因，系統配置能力等問題，經過對故障數據、查閱資料分析得出：一是降低柴油發電機輸出電壓，由原來輸出電壓400 V改為380 V，以降低風機變壓器的輸入電壓。二是將33kV柴油機斷路器3307過流二段、過流三段動作電流由原來2.52 A改為4.0 A，通過更改參數使單條線路沖擊時避免涌流問題，對發電機輸出電壓和斷路器動作電流進行了調整；然后在未斷開風機環網柜情況下給2號線路的6臺風機直接送電，成功實現6臺風機帶電偏航操作，隨后斷開2號集電線路，給4號線路的6臺風機直接送電，也實現6臺風機帶電偏航。該變動說明柴油發電機供電系統優化能單獨給一條集電線路風機帶電偏航。

為了進一步驗證柴油發電機及SVG設備能力，在4號集電線路未停電情況下，直接合上2號集電線路開關，發現4號集電線路上的6臺風機Q7斷路器跳閘，此次試驗說明柴油發電機供電系統優化不能同時提供兩條及以上集電線路同時帶電運行，只能實現了2號或4號集電線路單獨直接沖擊所帶的6臺風機變壓器，并完成風機帶電偏航操作。

SVG成套設備裝置接線圖（400V母線）圖2所示：

圖2 SVG成套設備裝置接線圖

4 應急柴油發電機供電系統優化對比分析

1）從經濟角度分析，試驗表明同時沖擊兩條線路，會產生較大的涌流，會造成風機高電壓致使Q7斷路器跳閘故障，且在大電流沖擊下造成Q7斷路器等設備的損壞。

2）從設備能力角度分析，實現一條集電線路的沖擊帶電偏航還在設備承受范圍之內，兩條集電線路或更多集電條線路直接沖擊已超出設備能力。從SVG能力來看，SVG總容量為1.2 MVar，在沖擊兩條集電線路時，發現SVG無功補償為1 150 kVar，無功補償能力將達到極限值，如果再沖擊多條集電線路，SVG設備將要過負荷故障而停止工作。由于現有柴油發電機、應急變壓器本身容量偏小，承受沖擊能力有限，在沖擊大電流時，發生涌流現象難以避免，導致高電壓產生，對風機開關保護設備造成損壞。

3）四更風電場所用電纜為銅芯電纜，產生無功較大，因此，柴油發電機供電系統增加SVG無功補償裝置是必要的，但受系統設備能力限制僅能逐步實現一條線路6臺風機的帶電偏航操作。

5 結語

應急柴油發電機供電系統增加由SVG控制柜、開關柜、功率柜和充電柜組成的SVG成套設備裝置，SVG補償容量為1.2 MVar，SVG設備安裝于柴油發電機應急變低壓側400 V母線上。通過調節應急變壓器低壓側的功率因數及母線電壓進行供電控制優化，同時將柴油發電機輸出電壓由400 V調整為380 V，調整站內設備定值，將33 kV柴油機斷路器3307過流II、III段動作電流由2.52 A改為4.0 A，將過流II、III段時間由原來的0.3 s改為3 s，柴油發電機通過SVG提供無功補償優化能單獨給較遠距離的風機各條集電線路供電并使風機帶電實現偏航操作。也就是說柴油發電機供電系統經過SVG設備優化后能實現較遠距離的4號集電線路風機帶電進行偏航操作，達到風機防臺的目標。

（編輯：劉楠）