风电场工程中箱式变电站的比较分析与设计选型
易一鹏 吉利
【摘 要】从风力发电场箱式变电站的构成及运行特点出发，以某特定型号的箱式变电站为例，从体型、配置、造价等方面，在技术和经济上综合对比分析了美式箱变、华式箱变和欧式箱变的特点，并给出了风电场箱式变电站选型建议。
【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.
【关键词】箱式变电站；风力发电；设计选型
【Keywords】 box type substation； wind power； design selection
【中图分类号】TK83 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0164-02
1 引言
近年来，风力发电发展迅速，风电电能在电网中的占比逐年上升。箱式变电站在风电场工程中得到广泛应用，它是风电场实现第一级升压必不可少的设备。箱式变电站有各种型式，工程中应选择设备性能良好、安全可靠性高的箱式变电站产品。论文首先分析了风电场箱式变电站的运行特点，对比分析几种常用型式的箱式变电站，并对其选型给出建议。
2 箱式变电站的构成与运行特点
箱式变电站简称“箱变”，具有组装灵活、方便运输、便于操作，检修维护工作量小等特征，被广泛应用于风电场工程中。箱变为风电场第一级升压设备，其低压侧电压一般为AC 0.69kV，高压侧为AC 35kV。由于风场内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，风电机组与箱式变电站一般采用一机一变的单元接线组合方式。除了海上风电机组等一些箱变置于塔筒内部方案以外，箱变一般安装布置于距离风机塔筒中心约15m处。
箱变将风电机组发出的电能升压至中压等级电压，再通过地埋电缆或架空集电线路送到升压站进行第二级升压。风电场箱变具有如下运行特征[1]：第一，变压器容量小，空载时间长。国内陆上风电场单机多为1.5MW、2.0MW、2.5MW机型，容量均不大。第二，低进高出的连接方式。风电从箱变低压侧0.69kV进线，高压侧35kV出线，进出线均采用电缆连接方式。目前多选用0.69kV/35kV的升压变压器升压，然后通过集电线路汇集至升压站35kV配电装置上。第三，高压侧配置避雷器。高压侧避雷器与风电机组内部的过电压保护装置组成过电压吸收回路，在高压侧的绝缘设计上应充分考虑避雷器残余电压对高压侧电气设备的影响。第四，使用环境恶劣。我国风力资源丰富的地区很多都是在极端温差大、风沙盛行、空气湿度大、盐雾聚集等环境恶劣的地区，箱变在设计生产中还应考虑防尘、防雨、防凝露、防动物进入以及通风散热的要求。第五，过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大，并且风机内部配置有微机自诊断功能，在风机过载时会自动采取限速措施或切机，箱变很少出现过载情况[2]。
3 箱式变电站常见分类
根据箱变产品结构特征及所采用元件的不同，用于风电场工程中的箱变主要分为美式箱变、欧式箱变和华式箱变三大类。
3.1 风电用美式箱变
美式箱变简称“美变”，又称为组合式变压器。美变内部变压器均为油式变压器，是将升压变压器器身、高压负荷开关、无励磁分接开关、熔断器及相应保护设备组合而成的组合变压器[3]，高压负荷开关及熔断器均安装于变压器油箱内，且变压器器身、散热片及油枕（部分美变厂家配置）一般露置于外界环境中，其典型特点是结构紧凑、体积小、造价低。
3.2 风电用欧式箱变
欧式箱变简称“欧变”，又称为预装箱式变电站。欧变一般采用“品”字型或“目”字型布置，内部各功能区间区分明了，可根据需要选择采用油变或者干式变。欧变主要由高压开关设备室、低压开关设备室以及变压器室组成，高压设备室内一般安装高压真空负荷开关-熔断器组合电器及隔离开关进行控制保护，低压设备室配置有低压框架断路器、浪涌保护器、以及0.4kV配电系统等。欧变所有元件均封闭安装于一个整体外壳内，其典型特点是体积大、造价高、环境适应性好。
3.3 风电用华式箱变
国内箱变厂家在吸收美变和欧变技术特征的基础上，改进衍生出一种新形式的华式箱变，简称“华变”。与美变相比，华变增加了高压隔离开关（带接地开关），与高压负荷开关形成机械闭锁关系，且负荷开关与熔断器不置于油箱中，在检修时形成可见断点。高、低压开关设备及测控保护装置均安装于封闭式外壳内，同时，在结构上保留了美变的散热优势，将变压器器身、散热片和油枕均外置于大气环境中。
4 箱变技术经济比较
某风电场风电机组为2.0MW机型，配套采用2200kVA型式的箱变。对拟选三种型式的箱变进行技术经济比较如表1。
5 风电场箱变选型建议
欧变整体性能最佳，但一次投资成本最高、体型最大，适用于高海拔、气候条件恶劣、少人值守地区，以及对外形要求高、对环保要求高的自然保护区、市区等地方。美变体型小，结构紧凑，适用于对外形要求不高、电站巡检方便的地区。华变吸收了美变与欧变二者的特征，体型与价格均适中，性价比较好，近年来华变在风电场中的应用逐渐增多。
美变、欧变、华变在技术上均能满足一般条件风电场的使用要求，它们在技术经济上存在着各自的优缺点，项目建设单位应综合考虑项目概算、当地使用环境等因素来选择箱变型式。
【参考文献】
【1】冯绍兴.光伏发电并网对电力系统电压稳定的影响分析[D].郑州：郑州大学，2014.
【2】秦睿，董开松，汪红燕，等.大规模光伏电站集中并网对电网的影响分析及对策[J].电气自动化，2014，36（03）：57-59.
【3】霍東亨.探讨分布式光伏发电并网对配电网运行安全的影响[J].科技创新与应用，2017（03）：194.
【摘 要】从风力发电场箱式变电站的构成及运行特点出发，以某特定型号的箱式变电站为例，从体型、配置、造价等方面，在技术和经济上综合对比分析了美式箱变、华式箱变和欧式箱变的特点，并给出了风电场箱式变电站选型建议。
【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.
【关键词】箱式变电站；风力发电；设计选型
【Keywords】 box type substation； wind power； design selection
【中图分类号】TK83 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0164-02
1 引言
近年来，风力发电发展迅速，风电电能在电网中的占比逐年上升。箱式变电站在风电场工程中得到广泛应用，它是风电场实现第一级升压必不可少的设备。箱式变电站有各种型式，工程中应选择设备性能良好、安全可靠性高的箱式变电站产品。论文首先分析了风电场箱式变电站的运行特点，对比分析几种常用型式的箱式变电站，并对其选型给出建议。
2 箱式变电站的构成与运行特点
箱式变电站简称“箱变”，具有组装灵活、方便运输、便于操作，检修维护工作量小等特征，被广泛应用于风电场工程中。箱变为风电场第一级升压设备，其低压侧电压一般为AC 0.69kV，高压侧为AC 35kV。由于风场内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，风电机组与箱式变电站一般采用一机一变的单元接线组合方式。除了海上风电机组等一些箱变置于塔筒内部方案以外，箱变一般安装布置于距离风机塔筒中心约15m处。
箱变将风电机组发出的电能升压至中压等级电压，再通过地埋电缆或架空集电线路送到升压站进行第二级升压。风电场箱变具有如下运行特征[1]：第一，变压器容量小，空载时间长。国内陆上风电场单机多为1.5MW、2.0MW、2.5MW机型，容量均不大。第二，低进高出的连接方式。风电从箱变低压侧0.69kV进线，高压侧35kV出线，进出线均采用电缆连接方式。目前多选用0.69kV/35kV的升压变压器升压，然后通过集电线路汇集至升压站35kV配电装置上。第三，高压侧配置避雷器。高压侧避雷器与风电机组内部的过电压保护装置组成过电压吸收回路，在高压侧的绝缘设计上应充分考虑避雷器残余电压对高压侧电气设备的影响。第四，使用环境恶劣。我国风力资源丰富的地区很多都是在极端温差大、风沙盛行、空气湿度大、盐雾聚集等环境恶劣的地区，箱变在设计生产中还应考虑防尘、防雨、防凝露、防动物进入以及通风散热的要求。第五，过载时间少。由于变压器容量一般都比风力发电机容量大，并且风机内部配置有微机自诊断功能，在风机过载时会自动采取限速措施或切机，箱变很少出现过载情况[2]。
3 箱式变电站常见分类
根据箱变产品结构特征及所采用元件的不同，用于风电场工程中的箱变主要分为美式箱变、欧式箱变和华式箱变三大类。
3.1 风电用美式箱变
美式箱变简称“美变”，又称为组合式变压器。美变内部变压器均为油式变压器，是将升压变压器器身、高压负荷开关、无励磁分接开关、熔断器及相应保护设备组合而成的组合变压器[3]，高压负荷开关及熔断器均安装于变压器油箱内，且变压器器身、散热片及油枕（部分美变厂家配置）一般露置于外界环境中，其典型特点是结构紧凑、体积小、造价低。
3.2 风电用欧式箱变
欧式箱变简称“欧变”，又称为预装箱式变电站。欧变一般采用“品”字型或“目”字型布置，内部各功能区间区分明了，可根据需要选择采用油变或者干式变。欧变主要由高压开关设备室、低压开关设备室以及变压器室组成，高压设备室内一般安装高压真空负荷开关-熔断器组合电器及隔离开关进行控制保护，低压设备室配置有低压框架断路器、浪涌保护器、以及0.4kV配电系统等。欧变所有元件均封闭安装于一个整体外壳内，其典型特点是体积大、造价高、环境适应性好。
3.3 风电用华式箱变
国内箱变厂家在吸收美变和欧变技术特征的基础上，改进衍生出一种新形式的华式箱变，简称“华变”。与美变相比，华变增加了高压隔离开关（带接地开关），与高压负荷开关形成机械闭锁关系，且负荷开关与熔断器不置于油箱中，在检修时形成可见断点。高、低压开关设备及测控保护装置均安装于封闭式外壳内，同时，在结构上保留了美变的散热优势，将变压器器身、散热片和油枕均外置于大气环境中。
4 箱变技术经济比较
某风电场风电机组为2.0MW机型，配套采用2200kVA型式的箱变。对拟选三种型式的箱变进行技术经济比较如表1。
5 风电场箱变选型建议
欧变整体性能最佳，但一次投资成本最高、体型最大，适用于高海拔、气候条件恶劣、少人值守地区，以及对外形要求高、对环保要求高的自然保护区、市区等地方。美变体型小，结构紧凑，适用于对外形要求不高、电站巡检方便的地区。华变吸收了美变与欧变二者的特征，体型与价格均适中，性价比较好，近年来华变在风电场中的应用逐渐增多。
美变、欧变、华变在技术上均能满足一般条件风电场的使用要求，它们在技术经济上存在着各自的优缺点，项目建设单位应综合考虑项目概算、当地使用环境等因素来选择箱变型式。
【参考文献】
【1】冯绍兴.光伏发电并网对电力系统电压稳定的影响分析[D].郑州：郑州大学，2014.
【2】秦睿，董开松，汪红燕，等.大规模光伏电站集中并网对电网的影响分析及对策[J].电气自动化，2014，36（03）：57-59.
【3】霍東亨.探讨分布式光伏发电并网对配电网运行安全的影响[J].科技创新与应用，2017（03）：194.
