[Estandarización del diseño eléctrico de parques eólicos] Ingeniería eléctrica del parque eólico de Zhu Yongqiang

Sanya, Hainan

Estandarización del diseño eléctrico de ingeniería de parques eólicos

Wang Junhua

Hebei Shijiazhuang Hebei Instituto de Diseño y Estudio de Energía Eléctrica 050031 Resumen: El esquema de diseño del parque eólico y la estación de refuerzo se expone y estandariza desde la forma del cableado principal, la selección de equipos, la selección del dispositivo de distribución de energía, el diseño eléctrico general y la consideración de cuestiones especiales en el parque eólico. . La solución optimizada no sólo es segura, económica y razonable, sino también muy versátil, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia del diseño.

Estandarización del diseño de ingeniería de centrales eólicas

Resumen: Este artículo se centra en centrales eólicas y estaciones de refuerzo y proporciona soluciones de diseño. Se describen y estandarizan en detalle varios aspectos, como la forma unifilar, la selección del equipo principal, la selección del dispositivo de distribución de energía, el diseño eléctrico general y cuestiones especiales de los parques eólicos. La solución optimizada no sólo es segura, económica y razonable, sino también muy versátil, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia del diseño. Palabras clave: Estandarización del proyecto de diseño de estaciones de refuerzo de centrales eólicas

Introducción:

Actualmente hay una explosión de proyectos de energía eólica nacional. Para garantizar la calidad y el progreso del diseño, el diseño estandarizado es imperativo. El autor ha probado el diseño estandarizado en la práctica del diseño y está dispuesto a alentar a otros expertos. Si hay deficiencias, críticas y correcciones son bienvenidas.

1. Parque eólico:

1.1 Estandarización de las formas de conexión

El cableado de los parques eólicos adopta la forma de cableado unitario de una máquina y un cambiador, que es no sólo flexible en funcionamiento Fiable y fácil de implementar en diseño. El lado de alto voltaje adopta un sistema sin conexión a tierra y el lado de bajo voltaje adopta un sistema de punto neutro directamente conectado a tierra. Los parques eólicos generalmente utilizan líneas colectoras de 35 kV para conectarse a la estación de refuerzo. La alimentación en sitio de 380/220V para el ventilador y el transformador tipo caja se toma de sus respectivos transformadores tipo seco en una configuración de barra única. Los transformadores abiertos no requieren componentes secundarios como fuente de alimentación de 380/220 V y termostato.

1.2 Estandarización de la selección de equipos

Según la experiencia, el nivel de corriente de cortocircuito:

Según la selección, la salida del ventilador del parque eólico (o impulso al lado de bajo voltaje) es 20 kA El lado de alto voltaje del transformador elevador es 31,5 kA (1) Selección del transformador elevador de turbina eólica El transformador elevador de turbina eólica adopta un devanado doble sumergido en aceite sin carga Transformador, el nivel de voltaje es generalmente 35kV/0,69kV y el grupo de cableado es D, YN11. Generalmente, se puede dividir en dos categorías: transformadores abiertos y subestaciones tipo caja. El precio de los transformadores de tipo abierto es relativamente bajo (en comparación con las subestaciones tipo caja), pero tiene un área de instalación grande, un ciclo de instalación largo, requiere mantenimiento regular y la instalación de equipos laterales de alto y bajo voltaje es complicada. . Las subestaciones tipo caja tienen las ventajas de una estructura compacta, gran integridad, operación confiable, libre de mantenimiento y apariencia hermosa. En particular, tiene efectos sobresalientes como tamaño reducido, selección flexible del sitio, movimiento conveniente y período corto de construcción del sitio web. Se recomienda utilizar subestaciones tipo caja para los transformadores elevadores de las turbinas eólicas. (2) Selección de equipos laterales de alto y bajo voltaje. El lado de alto voltaje del transformador de tipo abierto está protegido por un seguro contra caídas, un pararrayos y un disyuntor. El lado de alto voltaje de la subestación tipo caja está protegido por interruptores de carga, fusibles y descargadores, y el lado de bajo voltaje está protegido por disyuntores. Los siguientes son diagramas de cableado para subestaciones abiertas y tipo caja.

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Estandarización del diseño 1.3

Generalmente, La distancia entre el aerogenerador y la torre de línea es de unos 25 m. El transformador elevador (o transformador tipo caja) está dispuesto a 10 m de distancia del aerogenerador para garantizar una distancia de elevación segura entre la torre y las palas. También puede evitar que la distancia de seguridad después de que la eslinga colocada por el personal desde la sala de máquinas se balancee bajo la acción del viento u otras fuerzas externas durante el mantenimiento del ventilador; también puede evitar que los rayos golpeen el transformador (transformador tipo caja); Si el transformador elevador (o transformador tipo caja) se coloca debajo de la línea aérea de la línea de transmisión, si está cerca de la torre, provocará rayos causados ​​por la línea si está ligeramente alejado de la torre. , chocará con el cable inclinado de la torre, aumentando el consumo de cable de baja tensión. El lado de alto voltaje está conectado directamente a la línea aérea a través del conductor T. El puente suele tener más de diez o incluso veinte metros de largo. La oscilación del viento es muy fuerte y el clip de cable en forma de T a menudo se desprende, lo que. aumenta la tensión sobre la torre. Por tanto, esta disposición no es adecuada. El diseño recomendado del transformador elevador (transformador tipo caja) se muestra en la siguiente figura. El lado de bajo voltaje del transformador está conectado al gabinete de alimentación del ventilador mediante cables. El lado de alto voltaje del transformador se conduce a lo largo de la torre con un cable y luego se conecta a la línea aérea con un cable corto t.

Los requisitos de diseño específicos son los siguientes: (1) α es el ángulo de rotación en el sentido de las agujas del reloj entre el punto central del transformador elevador (transformador de caja) y el punto central del ventilador y la dirección norte verdadera. (Esto es consistente con la visualización del localizador de unidades de construcción. Los ángulos son consistentes para facilitar la construcción). (2) 15 m es la distancia desde el punto central del transformador elevador (transformador tipo caja) hasta el punto central del ventilador. (3) Transformador elevador (transformador tipo caja)

2 Parte de la estación elevadora:

2.1 Estandarización de la forma del cableado

La región noroeste es rico en recursos de energía eólica y la red eléctrica es débil. La conexión parcial de la energía eólica a la red eléctrica supondrá una amenaza para la estabilidad del sistema. El diseño generalmente adopta el principio de transmisión de energía de alto voltaje de 500 kV y consumo de energía gradual. Este artículo no considera las condiciones laborales en la zona. Cableado principal de 220 kV o 110 kV: los parques eólicos en la mayoría de las áreas fuera del noroeste generalmente utilizan sistemas de acceso local de 220 kV o 110 kV. El lado de alto voltaje de la estación de refuerzo generalmente tiene un solo circuito.

Cuando hay una línea de circuito en el lado de alto voltaje de la estación de refuerzo, se utiliza una configuración de barra colectora única. Cuando hay dos circuitos en el lado de alto voltaje de la estación de refuerzo, se utiliza cableado segmentado de barra colectora única, que no solo es simple y claro en el cableado, sino también fácil de operar. Y la fiabilidad y flexibilidad de funcionamiento también son muy altas. Cableado de 35 kV: el bajo voltaje es generalmente de 35 kV y se recomienda utilizar un tipo de barra colectora única. Se entiende que actualmente el transformador principal y el equipo eléctrico solo se inspeccionan una vez cada tres años y pueden completarse en un día. En el futuro, es posible que se amplíen los intervalos de revisión. Sin embargo, el bus de 35 kV no está segmentado y tiene poco impacto en la confiabilidad operativa.

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Pero disminuyó la inversión en Aparamenta de doble cara o intervalo de 1 sección. Cableado de 380 V/220 V: la subestación de 220 kV adopta una segmentación de barra colectora única; la subestación de 110 kV adopta una línea de conexión de barra colectora única.

2.2 Estandarización de la selección de equipos

Nivel de corriente de cortocircuito: La corriente de cortocircuito del parque eólico la proporciona el propio parque eólico y el sistema. Según la experiencia, la corriente de cortocircuito del equipo seleccionado se puede especificar de la siguiente manera: para la subestación de 220 kV/35 kV, la barra colectora de 220 kV se selecciona como 40 kA; la barra colectora de 35 kV se selecciona como 31,5 kA; La barra colectora de 110 kV se selecciona como 31,5 kA: la barra colectora de 35 kV se selecciona como selección de 31,5 kA (1), el transformador principal utiliza un transformador convencional de 2 devanados, el grupo de cableado es YN, la forma tradicional de d 65433 no solo es de bajo costo. , pero también de estructura simple y rendimiento confiable. El nivel de 35kV del transformador principal no se considera conectado al tipo Y. Se agregó un tipo no estándar de tercer devanado de equilibrio. Para el problema de corriente capacitiva excesiva, no es necesario instalar una resistencia o un dispositivo de extinción de arco en el punto neutro del transformador principal. Considere agregar un conjunto completo de dispositivos de supresión de armónicos y arco al bus de 35 kV. Los problemas especiales de corriente excesiva en el capacitor también se describen a continuación. (2) Selección de equipo de 220 kV (subestación de 220 kV/35 kV) Considere SF6 para el disyuntor de 220 kV. El interruptor de aislamiento de 220 kV adopta primero el tipo GW7 y el transformador de corriente de 220 kV adopta el tipo sumergido en aceite. Las selecciones anteriores son todos productos maduros, no solo de bajo precio, sino también ricos en experiencia operativa. Además, su fiabilidad también es muy buena. El interruptor de aislamiento de 220 kV adopta primero el tipo GW7, lo que puede hacer que el dispositivo de distribución de energía sea más compacto y ahorre terreno. Elija el tipo GW7, el ancho del intervalo de 220 kV es de 13 m. Si elige el tipo GW4, el ancho del intervalo debe ser de 15 m. (3) Considere el SF6 al seleccionar equipos de 110 kV (subestación de 110 kV) e interruptores automáticos de 110 kV.

El interruptor de aislamiento de 110 kV adopta primero el tipo GW4 y el transformador de corriente de 110 kV adopta el tipo sumergido en aceite. Los productos seleccionados anteriormente son todos productos muy maduros, no solo de bajo precio, sino también muy confiables. (4) Selección de equipos de 35kV: subestación de 220kV/35kV y subestación de 110kV/35kV. Para 35kV, se selecciona un gabinete de distribución tipo carro. El gabinete de distribución tipo carro de mano es más pequeño que el gabinete de distribución fijo y puede reducir el área de construcción. Y fácil de mantener. En la actualidad, el gabinete de distribución doméstico de carro de mano de 35 kV es un producto maduro con un rendimiento estable. (5) La selección de la parte de compensación de potencia reactiva tiene en cuenta el dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica. Puede realizar un ajuste automático lineal o en cascada dentro de su rango de capacidad, lo que es más adecuado para las condiciones de trabajo cambiantes de los parques eólicos, resuelve eficazmente los efectos adversos de los parques eólicos a gran escala conectados a la red eléctrica y mejora la calidad de la energía enviada. por parques eólicos.

2.3 Estandarización de la forma del equipo de distribución de energía

Dispositivo de distribución de energía de 220 kV o 110 kV: en áreas con intensidad sísmica inferior a 8 grados, barras colectoras de tuberías de soporte exteriores y dispositivos de distribución de energía de tamaño mediano Se adoptan soluciones. Esta solución tiene las ventajas de una estructura simple, operación y mantenimiento convenientes, diseño claro y bajo consumo de acero. Equipo de distribución de energía de 35 kV: se recomienda utilizar un gabinete de distribución interior. En comparación con el tipo abierto para exteriores, la solución de gabinete de distribución interior recomendada ocupa menos espacio y tiene un período de instalación más corto.

2.4 Estandarización del diseño eléctrico general

Los dispositivos de distribución de energía de 220kV (o 110kV) y 35kV están dispuestos en direcciones opuestas, con el transformador principal dispuesto en el medio. El dispositivo de distribución de energía de 220 kV (o 110 kV) adopta un diseño de doble fila, lo que no solo hace que el diseño sea compacto y suaviza el cableado, sino que también reduce la cantidad de material utilizado. La optimización del diseño general puede ahorrar terreno.

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3. Cuestiones especiales de los parques eólicos: clasificación y procesamiento de estandarización

Estandarización 3.1 "La corriente del capacitor de puesta a tierra monofásico excede el estándar"

Según las regulaciones, el valor permitido de la corriente del capacitor de puesta a tierra monofásico de 35 kV es 10 A. Cuando la línea colectora de 35 kV utiliza líneas aéreas, la corriente del condensador de conexión a tierra monofásico puede alcanzar más de diez amperios o incluso docenas de amperios. Cuando se utilizan cables en líneas colectoras de 35 kV, la corriente de los condensadores de conexión a tierra monofásicos puede alcanzar cientos de amperios o incluso más. La solución considerada aquí es instalar un "conjunto completo de dispositivos de supresión de arco y supresión de armónicos" en cada sección de la barra colectora de baja tensión de 35 kV. En la actualidad, el "conjunto completo de dispositivos de supresión de arco y armónicos" es un producto relativamente maduro en China. No solo resuelve el problema de la sobretensión del arco, sino que también evita la sobretensión de resonancia, lo que hace que el sistema funcione de forma segura y estable.

El dispositivo de conexión a tierra universal se utiliza para la conexión a tierra de protección. El cuerpo de puesta a tierra primero utiliza la base de la turbina eólica como un cuerpo de puesta a tierra natural y luego coloca una rejilla de puesta a tierra artificial para cumplir con los requisitos de resistencia a tierra. La rejilla de puesta a tierra principal adopta una rejilla de puesta a tierra compuesta que es principalmente una rejilla de puesta a tierra horizontal y se complementa con una rejilla de puesta a tierra vertical.

La rejilla de puesta a tierra horizontal y el conductor de bajada de puesta a tierra del equipo del parque eólico están hechos de acero plano galvanizado en caliente -60×6. Utilice tubería de acero galvanizada en caliente de φ60 como cuerpo de tierra vertical. La rejilla de puesta a tierra del transformador elevador de turbina eólica (o transformador tipo caja) adopta una rejilla de puesta a tierra compuesta en la que la rejilla de puesta a tierra horizontal es la rejilla de puesta a tierra principal y la rejilla de puesta a tierra vertical es la rejilla de puesta a tierra auxiliar. -Se utilizan tubos planos de acero galvanizado en caliente de 60 × 6 y tubos de acero galvanizado en caliente de φ 60 como cuerpos de tierra verticales. La rejilla de puesta a tierra del transformador elevador del ventilador y el transformador elevador del ventilador se pueden conectar como un todo. Pero no está conectado a la rejilla de puesta a tierra de los postes y torres de línea para evitar que un rayo golpee la línea y golpee el transformador a través de la rejilla de puesta a tierra de los postes y torres de línea. El detalle es el siguiente: a) Los ventiladores, transformadores y puntos neutros de los transformadores están conectados a tierra a través de la red * * *. La longitud del acero plano de conexión entre la rejilla de tierra principal del transformador y la rejilla de tierra del anillo exterior del ventilador debe ser superior a 15 m. Evita que los rayos que impactan en el terminal de aire de las aspas del ventilador golpeen el transformador a través de la rejilla de tierra del ventilador. b) Cuando la rejilla de puesta a tierra de un grupo de ventiladores y transformadores no cumple con el requisito de resistencia de 4ω, se puede conectar a la rejilla de puesta a tierra de aerogeneradores y transformadores adyacentes, y el número de conexiones no está limitado. Hasta que se cumplan los requisitos, el material de conexión son dos piezas de acero plano galvanizado en caliente -60×6. Generalmente, dos o tres aerogeneradores pueden cumplir los requisitos. Cuando dos o tres ventiladores están conectados y no cumplen con los requisitos de resistencia a tierra y están lejos de otros ventiladores, se pueden usar rayos adicionales para reducir la resistencia. La intención de puesta a tierra de los parques eólicos es la siguiente:

3.2 Estandarización de las soluciones a los problemas de puesta a tierra de los parques eólicos

El material de puesta a tierra de los parques eólicos construidos cerca del mar o en zonas donde el suelo corroe el acero es cobre. El suelo de los parques eólicos construidos en praderas o desiertos no es corrosivo para el acero y el material de conexión a tierra es acero. La resistividad del suelo de los parques eólicos construidos en praderas o desiertos es generalmente muy alta, de hasta cientos o incluso miles de ohmios. Es difícil que la rejilla de conexión a tierra producida con métodos normales cumpla con el requisito de que el ventilador tenga menos de 4 ohmios. Las soluciones prácticas para parques eólicos son las siguientes: Puesta a tierra de aerogeneradores: Puesta a tierra de trabajo de aerogeneradores.

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3.3 Estandarización del esquema de puesta a tierra para estaciones de refuerzo

Construido sobre la junto al mar o El material de puesta a tierra para estaciones de refuerzo y áreas de distribución GIS en áreas donde el suelo es corrosivo para el acero es cobre. Para las estaciones de refuerzo construidas en pastizales o desiertos, el suelo generalmente no es corrosivo para el acero y el material de conexión a tierra es acero. Para las estaciones de refuerzo construidas en pastizales o desiertos, la resistividad del suelo es generalmente mayor. Puede llegar a cientos o incluso miles de ohmios. Es difícil que la rejilla de puesta a tierra fabricada con métodos convencionales cumpla con el requisito de menos de 0,5 ohmios para la estación de refuerzo. La solución es la siguiente: la rejilla de tierra de la estación de refuerzo adopta una rejilla de tierra compuesta en la que la rejilla de tierra horizontal es la rejilla principal y la rejilla de tierra vertical es la rejilla auxiliar. La rejilla de puesta a tierra horizontal de la estación de refuerzo de 110 kV adopta acero plano galvanizado en caliente -60×6, y el conductor de bajada del equipo adopta -60×. Utilice tubería de acero galvanizada en caliente de φ60 como cuerpo vertical de conexión a tierra directa. La rejilla de puesta a tierra horizontal de la estación de refuerzo de 220 kV utiliza acero plano galvanizado en caliente -60 × 8, el conductor de bajada del equipo utiliza acero plano galvanizado en caliente -80 × 8 y el cuerpo de tierra vertical utiliza tubería de acero galvanizado en caliente φ60. . Cuando el requisito de resistencia es 0,5ω, se pueden tomar las medidas correspondientes según la situación real. Las medidas generales incluyen: ampliar la red eléctrica, introducir cuerpos de puesta a tierra y reemplazar el suelo.

3.4 Seleccionar la estandarización "forma de dispositivo de compensación dinámica de potencia reactiva".

Recomendar el tipo de "dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica controlado magnéticamente" y promover la estandarización. Debido a la inestabilidad de la producción de energía eólica, la potencia reactiva requerida no es un valor fijo y debe ajustarse automáticamente de acuerdo con la producción de la turbina eólica. Los bancos de condensadores tradicionales ya no pueden satisfacer las necesidades de las condiciones de trabajo. Se debe seleccionar un dispositivo de compensación dinámica de potencia reactiva. Hay tres formas comunes en el mercado: dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica controlado magnéticamente, dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica regulado por voltaje y control de fase.

Tipo dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica. El principio del dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica controlado magnéticamente es: el reactor controlado magnéticamente adopta el principio de magnetización auxiliar de CC, utilizando magnetización de excitación de CC adicional para cambiar la permeabilidad magnética del núcleo de hierro, logrando un ajuste continuo del valor de reactancia, ajustando así la salida de la capacidad del reactor para lograr una compensación flexible de la potencia reactiva. Su estructura interna es totalmente estática, sin partes móviles, alta confiabilidad de trabajo y ajuste rápido y suave. El tiempo de respuesta es de 100 a 300 ms y el efecto de compensación cumple con los requisitos de las condiciones de los parques eólicos. El reactor controlado magnéticamente está controlado por un tiristor de bajo voltaje y su voltaje terminal es solo del 1% al 2% del voltaje del sistema. Es seguro y confiable, no requiere conexión en serie o en paralelo y no es fácil de romper. abajo. El contenido armónico del equipo en sí es pequeño y no causará contaminación secundaria al sistema. Pequeña huella de pie. Fácil de instalar y organizar. Una vez que el dispositivo se pone en funcionamiento, el factor de potencia puede alcanzar más de 0,95, lo que elimina las fluctuaciones de voltaje y los parpadeos, y el equilibrio trifásico cumple con los estándares internacionales. precio justo. Recomendado primero. El principio del dispositivo de compensación dinámica de regulación de voltaje es utilizar un regulador de voltaje para cambiar la salida del voltaje del terminal del capacitor. Según Q=2πfCU2, cambiar el voltaje terminal del capacitor ajusta la salida de potencia reactiva, cambiando así la capacidad de salida de potencia reactiva para ajustar el factor de potencia del sistema. La capacidad de salida del dispositivo actual se puede dividir en nueve niveles desde (100-36)%. El dispositivo utiliza un método de compensación gradual, que fácilmente puede provocar una compensación excesiva o insuficiente. Dado que el cambiador de tomas del transformador regulador de voltaje es mecánicamente hiperactivo y tiene un tiempo de respuesta lento (4 s), no puede rastrear a tiempo los cambios de potencia reactiva y las fluctuaciones de voltaje del sistema, y ​​el efecto de compensación es deficiente. Sin embargo, es mucho mejor que una batería de condensadores tradicional. En el proceso de regulación de voltaje,

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Pobre, pero barato, hay un determinado mercado en la actualidad, pero no es una forma ideal. Es simplemente un producto de la etapa de transición y no es recomendable.

El principio del dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica controlado por fase se basa en el principio controlado por fase. El principio de ajuste del reactor controlable se muestra en la siguiente figura. Al controlar el tiempo de conducción del tiristor, el ángulo de control es α. El componente de onda fundamental de la corriente disminuye a medida que aumenta el ángulo de control α. El ángulo de control α puede variar dentro del rango de 0° ~ 90°.

Ventajas del diagrama esquemático de control de fase: velocidad de respuesta rápida ≤40ms, adecuado para la industria metalúrgica. Desventajas: los tiristores funcionan en condiciones de alto voltaje y alta corriente durante mucho tiempo, se descomponen fácilmente y son difíciles de mantener; los voltajes armónicos contaminan la red eléctrica y requieren dispositivos de filtrado de soporte, que ocupan un área grande y son costosos. No recomendado para uso en condiciones de viento.

3.5 Normalización para la consideración de gran altitud en parques eólicos

Cuando la altitud es de 2500 metros ≥H> cuando 65438+4000m ≥H>, es necesario modificar el aislamiento exterior de equipos eléctricos y elija productos de gran altitud. La fórmula de cálculo del coeficiente de corrección es: Ka = 1/(1,1-0,0001h), H es la altitud del lugar de instalación del equipo, en m. Cuando la altitud es de 40, a 2500 metros, se recomiendan 220 kV y 110 kV. El dispositivo de distribución de energía utiliza GIS. El gabinete de gas SF6 se utiliza para dispositivos de distribución de energía de 35 kV.

I

e

T1

T2

L

4.

Lo anterior es un resumen y refinamiento de la experiencia del autor acumulada en el proceso de diseño. Estamos dispuestos a comunicarnos con nuestros pares y contribuir al diseño estandarizado de parques eólicos. Nota: El número del título del artículo es "(7)".

Información de contacto del autor: Instituto de Diseño y Estudio de Energía Eléctrica de Hebei Tel: 0311-87912590 Correo electrónico: Departamento de Ingeniería de Nuevas Energías [1 * * * * * *] Wang Junhua, con especialización en generación de energía eólica y energía eléctrica .

Fax: 0311-87912580

wangjh@hbed.com.cn

wangjh3226@126.com

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