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1、风电场电气系统一次设备,1.1 风力发电概述,风是人类最常见的自然现象之一，风能资源的储量非常巨大，一年之中风所产生的能量大约相当于20世纪90年代初全世界每年所消耗的燃料的3000倍。 十九世纪末，风能开始被用于发电，据称始于丹麦，并且迅速成为其最主要的应用领域之一。 风电技术是可再生能源技术中最成熟的一种能源技术。 风力发电由于环保清洁，无废弃物排放，施工周期短，利用历史悠久，受到了各国的广泛重视和大力推广。 如今风力发电在世界范围内都获得了快速的发展，风力发电规模及其在电力能源结构中的份额都增长很快。,风力发电就是利用风力机获取风能并转化为机械能，再利用发电机将风力机输出的机械能转化为电
2、能输出的生产过程。 风力机有很多种类型，用于风力发电的发电机也呈现出多样性，但是其基本能量转换过程都是一样的，如图： 用于实现该能量转换过程的成套设备称为风力发电机组。风机+发电机+调速器,单台风力发电机组的发电能力是有限的，目前在内陆地区应用的主流“大型”机组的额定功率为1.5MW和2MW，海上风电机组的平均单机容量在3 MW左右，最大已达6 MW。 风力发电机组输出的电能经由特定电力线路送给用户或接入电网。 风力发电机组与电力用户或电网的联系是通过风电场中的电气部分得以实现的。,1.2 风电场的概念,风电场是在一定的地域范围内由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施
3、、运行维护人员等共同组成的集合体。 选择风力资源良好的场地，根据地形条件和主风向，将多台风力发电机组按照一定的规则排成阵列，组成风力发电机群，并对电能进行收集和管理，统一送入电网，是建设风电场的基本思想。,1.2 风电场的概念,应根据风向玫瑰图和风能玫瑰图确定风电场的主导风向，在平坦、开阔的场址，要求主导向上机组间相隔59倍风轮直径，在垂直于主导风向上要求机组间相隔35倍风轮直径。 按照这个规则，风电机组可以单排或多排布置。多排布置时应成梅花形排列。 风电场是大规模利用风能的有效方式，二十世纪80年代初兴起于美国加利福尼亚。 目前，风电场的分布几乎是遍布全球，风电场的数目已成千上万，最大规模的
4、风电场可上百万千瓦级。,按照风电场的规模，风电场大致可以分为：小型、中型和大型（特大型）风电场,1.3 电气和电气部分,电气的本意即为电，也就是：带电的、生产和使用电能相关的。 对于电气部分可以泛泛地理解为：由所有带电设备及其附属设备所组成的全部。 发电厂中的发电机是一般意义上的电源，它将其他能源转化为电能，如：煤炭、石油、水能、风能、太阳能、地热、潮汐等。 电能无法由自然界直接获取，是一种二次能源，那些存在于自然界可以直接利用的能源被称为一次能源。 电能由电网输送到用户所在地，经降压后分配给最终的用户。 在电能生产到消费之间需要由电能可以传导的路径，由于一定区域内发电厂和用户的分布非常复杂，
5、因此这一路径自然形成了网状结构，即所谓的电网，电能由发电厂生产出来以后在电网中根据其结构按照物理规律自然分配。,电气的基本概念,1.3 电气和电气部分,电气部分的一般组成 包括风电场在内的各类发电厂站、实现电压等级变换和能量输送的电网、消耗电能的各类设备（用户或负荷）共同构成了电力系统，即用于生产、传输、变换、分配和消耗电能的系统。 电力系统各个环节的带电部分统称为其各自的电气部分。 发电厂和变电站是整个电力系统的基本生产单位。电气部分不仅仅包括电能生产、变换的部分,还包括其自身消耗电能的部分。以上用于能量生产、变换、分配、传输和消耗的部分称为电气一次部分。 为了实现对厂站内设备的监测与控制，
6、电气部分还包括所谓的二次部分，即用于对本厂站内一次部分进行测量、监视、控制和保护的部分。,图为发电、输电、变电、供配电及用电的简单示意,一次部分最为重要的是发电机、变压器、电动机等实现电能生产和变换的设备，发电机用于电能生产、变压器用于电能变换、电动机和其他用电设备用于电能的消耗、母线用于电能的汇集和分配、线路则用于能量的输送。,一般我们习惯上称,将3千伏35千伏称为中压,110千伏、220千伏称为高压,330千伏、500千伏称为超高压,700千伏、1000千伏称为特高压,220/380伏为低压,风电场一次系统简图,一次系统,二次系统,一次系统:构成电能生产、输送、分配和使用的系统，称为一次系
7、统.,二次系统:对一次系统进行保护、监控、测量、控制的系统，称为二次系统。,电气一次系统的设备称为一次设备，电气二次系统的设备，称为二次设备。,电气设备,一次设备,二次设备,系统,电气一次设备,生产和转换电能的设备,开关电器。用来接通或断开电路。,限流电器,载流导体,补偿设备,仪用互感器,防御过电压设备,绝缘子,接地装置,1.4 电气部分的图示,对于风电场等各类发电厂和变电站内电气部分的设计、施工、运行和研究等工作都需要依赖其图形方法，即用图形符号结合文字符号在平面上抽象我们的具体问题，最为常见的就是电气接线图，包括一次接线图和二次回路图，它们以规定的图形和文字符号描述了厂站内一次部分和二次部分的电路基本组成和连接关系。,在发电厂和变电站中，电气设备根据其作用和具体要求按照一定方式由导体连接形成了传输能量（一次部分）和信号（二次部分）的电路，这个电路就被称为电气接线，对这个电路的图形描述被称为一次接线图（又称电气主接线图）和二次回路图。,建立电气接线图，首先需要规定具体电气设备的图形符号 主要电气设备的图形符号如表所示,
