普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材：风电场电气系统

　　序
　　前言
　　第1章 风电场和电气部分的基本概念1
　　1.1 风力发电概述1
　　1.2 风电场的概念2
　　1.3 电气和电气部分3
　　1.3.1 电气的基本概念3
　　1.3.2 电气部分的一般组成4
　　1.4 电气部分的图示7
　　1.5 本书的主要内容8
　　习题9
　　第2章 风电场电气部分的构成和主接线方式10
　　2.1 风电场电气部分的构成10
　　2.1.1 风电场与常规发电厂的区别10
　　2.1.2 风电场电气部分的构成11
　　2.2 电气主接线及设计要求12
　　2.2.1 电气主接线的基本概念12
　　2.2.2 电气主接线的设计原则14
　　2.3 常用的电气主接线形式15
　　2.3.1 电气主接线的分类15
　　2.3.2 电气主接线的常见形式16
　　2.4 风电场电气主接线设计20
　　2.4.1 风电机组的电气接线20
　　2.4.2 集电环节及其接线21
　　2.4.3 升压变电站的主接线21
　　2.4.4 风电场厂用电22
　　2.4.5 风电场电气主接线举例22
　　习题24
　　第3章 风电场主要一次设备25
　　3.1 风力发电机25
　　3.1.1 发电机的结构25
　　3.1.2 发电机的工作原理28
　　3.1.3 大型风力发电机的主流机型31
　　3.2 变压器32
　　3.2.1 变压器的工作原理32
　　3.2.2 变压器的结构34
　　3.2.3 变压器型号表征44
　　3.2.4 风电场中的变压器45
　　3.3 开关设备46
　　3.3.1 电弧的基本知识46
　　3.3.2 断路器50
　　3.3.3 隔离开关60
　　3.3.4 熔断器60
　　3.3.5 各种开关设备的功能比较61
　　3.4 载流导体62
　　3.4.1 导体的材料62
　　3.4.2 导体的形状63
　　3.4.3 导体的功能64
　　3.5 电抗器和电容器66
　　3.5.1 电抗器66
　　3.5.2 电容器67
　　3.6 互感器69
　　3.6.1 互感器简介69
　　3.6.2 电流互感器（TA）69
　　3.6.3 电压互感器（TV）77
　　习题82
　　第4章 风电场一次设备的选择83
　　4.1 导体的发热和电动力83
　　4.1.1 导体长期发热和载流量83
　　4.1.2 导体的短时发热84
　　4.1.3 导体短路时的电动力84
　　4.2 电气设备选择的依据85
　　4.2.1 电气设备选择的一般条件85
　　4.2.2 电气设备选择的技术条件86
　　4.2.3 电气选择的环境因素87
　　4.2.4 环境保护88
　　4.3 变压器的选择88
　　4.3.1 变压器的容量和台数88
　　4.3.2 变压器的型式89
　　4.4 开关设备的选择92
　　4.4.1 断路器的选择92
　　4.4.2 隔离开关的选择93
　　4.4.3 熔断器的选择93
　　4.5 互感器的选择95
　　4.5.1 电流互感器的选择95
　　4.5.2 电压互感器的选择96
　　4.6 导体的选择98
　　4.6.1 导体截面积的选择98
　　4.6.2 电晕电压校验99
　　4.6.3 热稳定校验99
　　4.6.4 硬导体的动稳定校验100
　　4.6.5 硬导体的共振校验103
　　4.6.6 封闭母线的选择103
　　习题103
　　第5章 风电场电气二次系统104
　　5.1 继电器104
　　5.1.1 继电器的结构和原理104
　　5.1.2 继电器的表示符号106
　　5.1.3 常用的继电器类型107
　　5.1.4 继电保护的接线图110
　　5.2 二次部分的其他元件112
　　5.2.1 接触器112
　　5.2.2 控制开关113
　　5.2.3 小母线115
　　5.2.4 接线端子、电缆和绝缘导线115
　　5.2.5 成套保护装置和测控装置116
　　5.3 二次回路117
　　5.3.1 保护回路117
　　5.3.2 控制回路117
　　5.3.3 测量回路117
　　5.3.4 信号回路118
　　5.3.5 操作电源系统119
　　5.4 相对编号法与安装接线图119
　　5.5 风电场的二次部分121
　　5.5.1 风电机组的保护、控制、测量、信号121
　　5.5.2 箱式变电站中变压器的保护、控制、测量、信号122
　　5.5.3 风电场控制室的控制、测量、信号122
　　5.5.4 遥测和遥信系统122
　　5.6 升压变电站的二次部分123
　　5.6.1 升压变电站的控制、测量、信号123
　　5.6.2 升压变电站的继电保护124
　　5.6.3 升压变电站的操作电源系统127
　　5.6.4 升压变电站的图像监控127
　　5.7 变电站综合自动化技术127
　　5.7.1 引言127
　　5.7.2 变电站综合自动化的功能128
　　5.7.3 变电站综合自动化系统的特点131
　　5.7.4 变电站综合自动化系统的结构133
　　习题137
　　第6章 配电装置138
　　6.1 配电装置的图示138
　　6.2 配电装置的设计要求140
　　6.2.1 满足安全净距的要求140
　　6.2.2 施工、运行和检修的要求143
　　6.2.3 噪声的允许标准及限制措施144
　　6.2.4 静电感应的场强水平和限制措施144
　　6.2.5 电晕无线电干扰和控制145
　　6.3 配电装置的分类145
　　6.3.1 装配式和成套式145
　　6.3.2 屋内配电装置146
　　6.3.3 屋外配电装置150
　　6.4 风电机组的位置排列156
　　6.5 升压变电站的电工建筑物的布置157
　　6.5.1 电工建筑物的总平面布置157
　　6.5.2 升压变电站电工建筑物的总布置158
　　习题159
　　第7章 风电场的防雷和接地160
　　7.1 雷电的产生机理、危害及防护160
　　7.1.1 雷电的产生机理160
　　7.1.2 雷电的危害163
　　7.1.3 雷电的一般防护163
　　7.2 接地的原理、意义及降低接地电阻的措施165
　　7.2.1 接地基本原理165
　　7.2.2 接地的意义169
　　7.2.3 接地的一般要求169
　　7.2.4 降低接地电阻的措施174
　　7.3 大型风力发电机的防雷保护176
　　7.3.1 风力发电机防雷保护的必要性176
　　7.3.2 叶片的防雷保护177
　　7.3.3 机舱的防雷保护178
　　7.3.4 塔架的防雷保护179
　　7.3.5 风力发电机的接地179
　　7.3.6 电气系统的防雷保护180
　　7.3.7 关于风力发电机防雷保护的思考180
　　7.4 集电线路的防雷与接地181
　　7.4.1 集电线路的感应雷过电压181
　　7.4.2 集电线路的直击雷过电压和耐雷水平182
　　7.4.3 集电线路的雷击跳闸率187
　　7.4.4 集电线路的防雷保护措施188
　　7.5 升压变电站的防雷与接地189
　　7.5.1 升压变电站的直击雷保护189
　　7.5.2 升压变电站的侵入波保护190
　　7.5.3 升压变电站的进线段保护192
　　7.5.4 升压变电站的变压器防雷保护193
　　习题195
　　第8章 风电场中的电力电子设备196
　　8.1 电力电子技术基础196
　　8.1.1 电力电子技术简介196
　　8.1.2 电力电子器件197
　　8.1.3 变流技术198
　　8.1.4 PWM控制201
　　8.2 风电机组并网换流器204
　　8.2.1 直驱式永磁同步机组的并网换流器204
　　8.2.2 交流励磁双馈式机组的并网换流器205
　　8.2.3 无刷双馈式机组的并网换流器207
　　8.2.4 总结207
　　8.3 无功补偿与电压控制装置208
　　8.3.1 风电场的无功和电压控制需求208
　　8.3.2 静止无功补偿器(SVC)209
　　8.3.3 静止同步补偿器(STATCOM)211
　　习题212
　　附录213
　　附录A 矩形铝导体长期运行载流量和集肤效应系数Kf213
　　附录B 槽形铝导体长期允许载流量及计算数据214
　　附录C 变压器技术数据214
　　附录D 10-500kV高压断路器技术数据219
　　附录E 隔离开关技术数据220
　　附录F 电流互感器技术数据221
　　附录G 电压互感器技术数据221
　　参考文献223

　　《风电场电气系统》主要讲述风电场电气部分的系统构成和主要设备，包括与风电场电气相关的各主要内容。全书分为8章，主要内容为风电场电气系统的基本构成、主接线设计，风电场主要电气一次设备的结构、原理、型式参数及电气一次设备的选取，风电场电气二次系统、风电场的防雷和接地，风电场中的电力电子技术应用等。书中提供了大量的实物照片和结构示意图，使读者对电气设备有直观的感性认识。《风电场电气系统》既可作为高等院校的教材，也可为风力发电领域的相关从业人员的培训及自学提供参考。