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【摘 要】 风能作为一种清洁的可再生能源，近年来得到了快速发展。2013年中国（不包括台湾地区） ，新增装机容量 16088.7MW，同比增长24.1%；累计装机容量 91412.89MW，同比增长 21.4%。新增装机和累计装机两项数据均居世界第一。文章通过对风电场电气一次系统设计进行综合的分析，以期能够更好的促进风电场电气一次系统设计的发展。
【关键词】 风电场；一次系统设计；方法
引言
近年来，在气候变化和能源安全两个因素的推动下，世界风电发展平稳而迅速。世界风电的快速发展给我国提供了经验、机遇和挑战。在吸收国外风电发展经验的基礎上，我们国内也逐渐积累了一些发展风电、建设和管理风电场的经验。目前，风能是我国开发利用比较成熟的一种新能源，风电事业正在我国蓬勃发展，本文针对某48MW风电场电气一次设计为例，阐述了风电场电气一次设计的基本原则和方法。
1.工程概况
某风电场二期工程装机容量48MW，安装24台2MW型风力发电机组，风机机组变压器采用单元接线方式，每台风力发电机经一台箱式升压变压器将机端电压由0.69kV升至35kV，经3回35kV集电线路送至风电场变电站35kV母线，经主变升压后以一回66kV架空线路送至某220kV变电站，线路长度约10km。
2.风电场设计原则
2.1风电场电气设计应遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，使设计符合安全可靠、技术先进、经济合理的要求，便于施工和检修维护。
2.2风电场电气设计应结合工程的中长期发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，并考虑后期发展扩建的可能。
2.3风电场电气设计，必须坚持节约用地的原则。
2.4风电场电气设计应本着对场区环境保护的原则，减少对地面植被的破坏。
2.5风电场电气设计应本着“节能降耗”的原则，采用先进技术、先进工艺，减少损耗。
3.电气一次设计
3.1接入系统方式
考虑到现场风电机组布置情况，初步拟定本风电场接入系统方式为：该项目与原风电场一期共用一个升压站，在原预留的主变安装位置上，安装一台50MVA主变及相关配套装置，并新建一回66kV出线接至220kV某变电站。
3.2电气主接线
（1）风力发电机组与箱式变电站的组合方式。该风电场共安装24台单机容量为2000kW的风力发电机组，发电机出口电压为0.69kV，功率因数为0.98（在机端处补偿后）。
由于各风电机组之间相距较远，为降低发电机回路的电能消耗，减少发电机回路动力电缆的长度和数量，风力发电机组与箱式变压器拟采用一机一变的单元接线方式。选用24台变压器容量为2150kVA的箱式变电站，箱式变电站布置在距风电机组中心约20m处。
（2）各级电压中性点接地方式
变压器中性点接地方式：由于主变绕组联接方式为△/Y ，因此35kV侧应经小电阻接地系统接地。
由于风机箱变35kV侧采用架空导线馈出，经计算35kV单相接地电容电流很小。由《交流电气装置的过电压和绝缘配合》中规定“35kV系统单相接地故障电容电流不超过10A。，本工程采用了小电阻接地电阻柜接地。
（3）风电机组自用电电源
风电机组的自用电源取自箱式变低压侧，箱变低压侧设置1台干式变压器，作为箱变内照明、检修、加热及低压用电负荷电源。
（4）升压站站用电源
升压变电站设置站用变压器2台，运行方式为一主一备，其中主所用变接于升压站35kV I段母线，备用变接于农网10kV架空线路，工程初期作为施工电源，终期接于低压系统380V低压开关柜上。所用变压器容量按500kVA设计，所用变压器低压系统采用三相四线制，单母线分段接线。
3.3风电场集电线路设计要点
（1）架空线路设计要点
风电场架空线路的导线采用钢芯铝绞线，地线采用镀锌钢绞线。35kV线路全线安装架空地线。10kV则视其风电场雷电活动情况而定。集电线路路径应综合考虑机位分布、运行、施土、交通条件及路径长度等因素，进行多方案的比较，做到经济合理、安全适用。风电场内架空光缆采用ADSS全介质自承式光缆线路，光缆与架空线路同杆敷设至场内升压变电站，不另设单独架空光缆线路。
（2）电缆线路设计要点
当风电场集电线路在跨越林区、盐池地区、鱼虾养殖地区等永久性征地赔偿费用较高和架空线路施土技术难度较大地区时采用地埋电缆线路。风电场集电线路的电缆路径选择应避免电缆遭受机械外力、过热、腐蚀、白蚁等危害；应尽量结合场区施土道路，以便于敷设、维护；满足安全条件下，应保证电缆路径最短。直埋光缆一般采用沿壕沟与电力电缆并沟直埋方式。通常可选用GYFTA53型（聚乙烯非金属加强芯钢带铠装光缆），光缆进入塔筒时一应做好金属外铠的接地。若选用非金属铠装的光缆应采用穿保护管方式。
3.4主要电气设备的选择
主要电力设备按选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流，提出短路电流计算结果表，选定的主要电力设备是指风力发电机组、主变压器、箱式变压器、断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电力电缆、母线电流、电压互感器、避雷器、无功补偿设备和各种盘柜等主要电力设备。
（1）短路电流计算
根据短路电流计算基本资料，列表提出短路电流计算成果，包括短路点、短路点平均电压、短路电流周期分量起始值（有效值）、全电流最大有效值、短路电流冲击值。
（2）主要电气设备选择
在选择电气设备时，可以参考地区电网其他升压站、变电所的电气设备的型号和厂商，风电场变电站宜按用户站考虑。根据环境条件、短路容量等要求对电气设备进行选择，提出主要电气设备的型号或型式、规格、数量及主要技术参数。 例如对箱式变压器的选择，应根据接入变压器的风力发电机组的容量之和，并考虑风力发电机组的超负荷的余量，同时，也需考虑风力发电机组的抗短路电流的能力，为了降低机端的短路电流，选择的箱式变压器的短路阻抗值不要过小。箱式变的型号可选择干式也可选择油浸，由于该风电场周围所处环境的树木较多，故选择干式变压器。
（3）主要电气设备的布置
高压架空集电线路走向应尽量结合风力发电机组排布进行设计，距离风力发电机组塔架要满足一定的距离。汇流电力电缆、风力发电机组高压变压器汇流柜的电力电缆宜采用直埋方式。根据经济技术比较确定箱式变压器组高压集电线路所采用单元集中汇流或分段串接汇流方式。单元集中汇流：多台风力发电机组的电缆汇集到电缆分支箱，然后通过主电缆送至变电站；分段串接汇流：第一台机组电缆汇集到第二台机组，依次汇集到下一台机组，最后机组通过电缆送至变电站。
普通变压器组距离风力发电机组的距离应满足规程规范的要求；箱式变压器组距离风力发电机组不应小于10米，风电场箱变按一机一变配置时，箱变宜布置于风机塔架旁。
升压变电站的布置要考虑电缆敷设的方便，考虑对外交通方便，便于后期风机的接入，同时应预留无功补偿装置所需场地。
3.5动力及照明
（1）动力电源系统
按功能区域配置检修电源，电源引自低压配电室配电柜。
（2）照明电源
升压站照明分为工作照明和事故照明。工作照明电源取自站用电屏，事故照明电源，正常时由交流供电，交流电源消失时切换至直流电源供电。
（3）主要照明方式
户外装设高效投光灯作为站区照明；主控室等采用防炫目格栅灯作为工作照明；GIS室、35kV高压配电室内设置防炫目壁灯照明；其他房间采用荧光灯照明；通道内设置壁灯和吸顶灯照明；主控室、配电装置室、进出口通道等重要场所应装设事故照明。
结束语
风电场的设计将会对日后风电场的穩定运行产生较为深刻的影响，本文对风电场工程设计中的几个主要问题的设计要点进行了综述，总结出一些可在风电场设计过程中用到的结论，可在今后的设计中作为参考。
参考文献：
[1]刘更瑞，张志国.风电场接入系统设计优化[J].内蒙古石油化工，2012，12：103-104.
[2]刘大忠.谈风电场升压变电站电气二次设备选型与安装[J].山西建筑，2012，35：156-157+267.
[3]龚雪峰，陈宇.安宁河峡谷风电场（一期）工程电气一次设计[J].水电站设计，2012，04：52-54.
【关键词】 风电场；一次系统设计；方法
引言
近年来，在气候变化和能源安全两个因素的推动下，世界风电发展平稳而迅速。世界风电的快速发展给我国提供了经验、机遇和挑战。在吸收国外风电发展经验的基礎上，我们国内也逐渐积累了一些发展风电、建设和管理风电场的经验。目前，风能是我国开发利用比较成熟的一种新能源，风电事业正在我国蓬勃发展，本文针对某48MW风电场电气一次设计为例，阐述了风电场电气一次设计的基本原则和方法。
1.工程概况
某风电场二期工程装机容量48MW，安装24台2MW型风力发电机组，风机机组变压器采用单元接线方式，每台风力发电机经一台箱式升压变压器将机端电压由0.69kV升至35kV，经3回35kV集电线路送至风电场变电站35kV母线，经主变升压后以一回66kV架空线路送至某220kV变电站，线路长度约10km。
2.风电场设计原则
2.1风电场电气设计应遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，使设计符合安全可靠、技术先进、经济合理的要求，便于施工和检修维护。
2.2风电场电气设计应结合工程的中长期发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，并考虑后期发展扩建的可能。
2.3风电场电气设计，必须坚持节约用地的原则。
2.4风电场电气设计应本着对场区环境保护的原则，减少对地面植被的破坏。
2.5风电场电气设计应本着“节能降耗”的原则，采用先进技术、先进工艺，减少损耗。
3.电气一次设计
3.1接入系统方式
考虑到现场风电机组布置情况，初步拟定本风电场接入系统方式为：该项目与原风电场一期共用一个升压站，在原预留的主变安装位置上，安装一台50MVA主变及相关配套装置，并新建一回66kV出线接至220kV某变电站。
3.2电气主接线
（1）风力发电机组与箱式变电站的组合方式。该风电场共安装24台单机容量为2000kW的风力发电机组，发电机出口电压为0.69kV，功率因数为0.98（在机端处补偿后）。
由于各风电机组之间相距较远，为降低发电机回路的电能消耗，减少发电机回路动力电缆的长度和数量，风力发电机组与箱式变压器拟采用一机一变的单元接线方式。选用24台变压器容量为2150kVA的箱式变电站，箱式变电站布置在距风电机组中心约20m处。
（2）各级电压中性点接地方式
变压器中性点接地方式：由于主变绕组联接方式为△/Y ，因此35kV侧应经小电阻接地系统接地。
由于风机箱变35kV侧采用架空导线馈出，经计算35kV单相接地电容电流很小。由《交流电气装置的过电压和绝缘配合》中规定“35kV系统单相接地故障电容电流不超过10A。，本工程采用了小电阻接地电阻柜接地。
（3）风电机组自用电电源
风电机组的自用电源取自箱式变低压侧，箱变低压侧设置1台干式变压器，作为箱变内照明、检修、加热及低压用电负荷电源。
（4）升压站站用电源
升压变电站设置站用变压器2台，运行方式为一主一备，其中主所用变接于升压站35kV I段母线，备用变接于农网10kV架空线路，工程初期作为施工电源，终期接于低压系统380V低压开关柜上。所用变压器容量按500kVA设计，所用变压器低压系统采用三相四线制，单母线分段接线。
3.3风电场集电线路设计要点
（1）架空线路设计要点
风电场架空线路的导线采用钢芯铝绞线，地线采用镀锌钢绞线。35kV线路全线安装架空地线。10kV则视其风电场雷电活动情况而定。集电线路路径应综合考虑机位分布、运行、施土、交通条件及路径长度等因素，进行多方案的比较，做到经济合理、安全适用。风电场内架空光缆采用ADSS全介质自承式光缆线路，光缆与架空线路同杆敷设至场内升压变电站，不另设单独架空光缆线路。
（2）电缆线路设计要点
当风电场集电线路在跨越林区、盐池地区、鱼虾养殖地区等永久性征地赔偿费用较高和架空线路施土技术难度较大地区时采用地埋电缆线路。风电场集电线路的电缆路径选择应避免电缆遭受机械外力、过热、腐蚀、白蚁等危害；应尽量结合场区施土道路，以便于敷设、维护；满足安全条件下，应保证电缆路径最短。直埋光缆一般采用沿壕沟与电力电缆并沟直埋方式。通常可选用GYFTA53型（聚乙烯非金属加强芯钢带铠装光缆），光缆进入塔筒时一应做好金属外铠的接地。若选用非金属铠装的光缆应采用穿保护管方式。
3.4主要电气设备的选择
主要电力设备按选定的接入电力系统方式和电气主接线方案，计算短路电流，提出短路电流计算结果表，选定的主要电力设备是指风力发电机组、主变压器、箱式变压器、断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电力电缆、母线电流、电压互感器、避雷器、无功补偿设备和各种盘柜等主要电力设备。
（1）短路电流计算
根据短路电流计算基本资料，列表提出短路电流计算成果，包括短路点、短路点平均电压、短路电流周期分量起始值（有效值）、全电流最大有效值、短路电流冲击值。
（2）主要电气设备选择
在选择电气设备时，可以参考地区电网其他升压站、变电所的电气设备的型号和厂商，风电场变电站宜按用户站考虑。根据环境条件、短路容量等要求对电气设备进行选择，提出主要电气设备的型号或型式、规格、数量及主要技术参数。 例如对箱式变压器的选择，应根据接入变压器的风力发电机组的容量之和，并考虑风力发电机组的超负荷的余量，同时，也需考虑风力发电机组的抗短路电流的能力，为了降低机端的短路电流，选择的箱式变压器的短路阻抗值不要过小。箱式变的型号可选择干式也可选择油浸，由于该风电场周围所处环境的树木较多，故选择干式变压器。
（3）主要电气设备的布置
高压架空集电线路走向应尽量结合风力发电机组排布进行设计，距离风力发电机组塔架要满足一定的距离。汇流电力电缆、风力发电机组高压变压器汇流柜的电力电缆宜采用直埋方式。根据经济技术比较确定箱式变压器组高压集电线路所采用单元集中汇流或分段串接汇流方式。单元集中汇流：多台风力发电机组的电缆汇集到电缆分支箱，然后通过主电缆送至变电站；分段串接汇流：第一台机组电缆汇集到第二台机组，依次汇集到下一台机组，最后机组通过电缆送至变电站。
普通变压器组距离风力发电机组的距离应满足规程规范的要求；箱式变压器组距离风力发电机组不应小于10米，风电场箱变按一机一变配置时，箱变宜布置于风机塔架旁。
升压变电站的布置要考虑电缆敷设的方便，考虑对外交通方便，便于后期风机的接入，同时应预留无功补偿装置所需场地。
3.5动力及照明
（1）动力电源系统
按功能区域配置检修电源，电源引自低压配电室配电柜。
（2）照明电源
升压站照明分为工作照明和事故照明。工作照明电源取自站用电屏，事故照明电源，正常时由交流供电，交流电源消失时切换至直流电源供电。
（3）主要照明方式
户外装设高效投光灯作为站区照明；主控室等采用防炫目格栅灯作为工作照明；GIS室、35kV高压配电室内设置防炫目壁灯照明；其他房间采用荧光灯照明；通道内设置壁灯和吸顶灯照明；主控室、配电装置室、进出口通道等重要场所应装设事故照明。
结束语
风电场的设计将会对日后风电场的穩定运行产生较为深刻的影响，本文对风电场工程设计中的几个主要问题的设计要点进行了综述，总结出一些可在风电场设计过程中用到的结论，可在今后的设计中作为参考。
参考文献：
[1]刘更瑞，张志国.风电场接入系统设计优化[J].内蒙古石油化工，2012，12：103-104.
[2]刘大忠.谈风电场升压变电站电气二次设备选型与安装[J].山西建筑，2012，35：156-157+267.
[3]龚雪峰，陈宇.安宁河峡谷风电场（一期）工程电气一次设计[J].水电站设计，2012，04：52-54.