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摘要：本文就风力发电机组和升压箱变监控系统监控设备及电源配置对远程监控的影响问题展开讨论，对风力发电机组和箱变监控系统及电源配置设计方案进行优化，以充分发挥风力发电机组及箱变的远程监控作用，为风力发电机组远程监控设计方案提供借鉴和参考。
关键词：风力发电；监控；电源；UPS；通讯
风力发电项目一般由风力发电机、升压箱式变压器、集电线路、升压站变配电设备及相关保护控制系统组成。风力发电场一般有设计风机台数多、分布范围广的特点，可能分布到几十平方公里甚至更大的范围内。因此，对现场风力发电机组、升压箱式变压器运行数据的有效监控能及时发现设备运行中的潜在隐患，进而缩短设备故障查找时间，对风机及相关设备进行有针对的巡检和维护，也将提升风力发电机组发电利用小时数。
本文结合风力发电建设及生产运行实际，对现场风力发电机组和升压箱变监控系统的监控及电源配置方案进行探讨，为风力发电机组监控系统电源设计方案进行优化，有效发挥风力发电机组和箱变远程监控的作用，对风机、箱变的停送电及故障处理进行远程管理，提高风力发电机组的维护效率，进而提升发电利用小时数。
一、风力发电机组及箱变监控及电源的常见配置
（一）风力发电机组监控电源常见设置方案
风力发电机组输出电压一般为690V，对于一般中小型风电场常采用690/35kV的升压箱式变压器。
风力发电机的远程监控系统主要由风机现场测控设备、环网交换机和升压站核心交换机、路由器及终端监控后台组成。因为升压站后台监控系统通常由UPS电源供电，供电可靠性较高，在此不进行重点描述。由于现场风机分布分散，通常采用光纤环网交换机组建通讯环网，风机侧测控设备、环网交换机的控制电源供电根据各风机厂家设计配置不一，通常由一台690/400V的控制变压器配合UPS电源组成监控电源的供电系统。
（二）箱式变压器监控电源常见设置方案
箱式升压变根据设计控制要求不同，相应的开关、测控设备配置各不相同。因油浸式变压器适应环境能力更强，一般采取油浸式变压器。箱式变压器高压分断一般采用高压侧组合式高压真空负荷开关，同时具有备手动及电动进两种操作模式，无电情况下便于试验及初次送电的操作。低压侧一般配置万能型低压断路器，配合智能测控装置对箱变进行保护。配置一台690/400V控制变压器为箱变涉的高、低压操作、智能测控、冷却风扇、照明等工作电源供电。
二、风力发电机组及箱变监控电源常见配置存在的问题
我们以集电线路35kV、风力发电机690V电压等级为例。在风机没发电并网时，电能传输从电网指向风机，35kV电压经35kV/690V箱式变压器将电压变为690V，箱变内690V/400V控制变压器输入电源点取自690V输出断路器上端，为箱变测控、照明、风机等提供电源；箱变低压断路器出来通过690V电缆与风机侧主断路器相连，在主断路器下端取一电源，配置一台690V/400V控制变压器为风机控制、照明及各辅助系统提供电源，重要测控电源配置一台UPS电源供电，该UPS电源通常容量较小，主要保证失电相关监控设备的影响，只能保证几分钟的供电时间。
以上这样的设计配置，因风机和箱变一般为不同厂家生产，没有对相关影响进行综合考虑。当变压器失电跳闸，风机及箱变至风机电缆故障低压断路器跳闸时，将导致风机、箱变控制变压器失电，此时，将导致测控设备和其中的环网交换机失电无法工作，网络通讯将中断，让风机及箱变远程监控系统失去监控作用。由于不明故障具体原因，将导致风机故障处理准备不充分，需到维护人员到现场进行检查处理，导致处理时间长，进而增加风机损失发电量。
三、风力发电机组及箱变监控电源优化方案
我们在项目设计阶段和设备采购时，就需要与相关设备制造商、设计单位说明需要达到的配置功能和相关技术要求。在风力发电机组采购时，需要确定风力发电机组控制系统为无人值守的可自动操作系统，能对风电场风机进行集控管理，并根据上级调度部门要求实现数据通信。中央监控系统实现对各风电机组的实时在线监控和管理，能根据风况控制各风电机组的自动启动与停机，实现控制操作的画面显示、报表生成、打印、事件记录、报警、事故追忆、分析等功能，应具备系统故障的自动恢复功能；在通讯中断情况下，不应丢失技术数据。
在箱变的采购时，需要确定箱变一、二次主开关需具备就地、远程操作功能，就地能实现手动及电动操作，开关合闸机械闭锁功能；确定测控装置需具备四遥功能；根据需要采集箱变的油温、压力释放、油位、瓦斯、高低压侧开关位置等信号进入测控装置并实现保护和信息远传功能；在设计时需要具有远程故障复位及操作功能，能与电站综合自动化系统进行信息交互管理。
风力发电机组和箱变测控系统通讯组网设备配置要求采用光纤环网交换机，根据需要明确交换机的传输带宽、光网络接口、电网络接口以及光纤的直径、工作波长、衰减系数、光纤熔接损耗等，以及相应的通信传输通道、通信协议等；要求组建通讯双环网，能实现通讯冗余功能。然后在每台现场的箱变里设置一套UPS供电电源系统，UPS供电电源取自箱变低压侧断路器上端，配置蓄电池放电容量需根据风机和箱变主要监控、通讯网络系统正常工作用电容量确定，要求能保证风机和箱变监控系统的重要控制、监测系统工作一个小时以上，要求UPS蓄电池能实现放电低电压保护、远程通讯及充放电管理功能，在后台实现充UPS蓄电池的放电管理，相关设计配置见图一。
图一风力发电风机和箱式升压变监控及电源配置设计方案
通过以上设计及电源配置，在单台风机及箱变发生可远程处理及恢复性故障时，能实现风机和箱变的远程故障诊断及故障处理，节约因失电不能及时读取故障信息到现场处理的时间；另外，在系统失电和集电线路停电时，能保证一段时间内相关监控系统的正常工作，完成相关基本操作，节约到现场操作处理的时间；在线路正常送电时，箱变高、低压主断路器可根据需要设置失压脱扣功能，一般高压不投失压脱扣保护，低压可以投运，这样线路送电后箱变低压侧带电，为UPS提供市电，让UPS首先工作，为监控系统交换机及监控设备提供电源，进而恢复监控系统功能，实现对风机及相关系统的远程操作管理。这样不仅加快了故障、正常停送电操作时间，还节约了人员现场操作处理的时间，加快风机恢复发电的时间，进而提高风机发电利用小时数。
四、总结
通过以上风力发电机组和箱变监控及电源配置要求后，风机侧的控制变压器可以不用再设置。不仅大大缩短设备故障、正常停送电后设备恢复投运的时间，还节约了人工和部分设备成本。以一个200MW装机容量的风电场装设100台2MW风机为例，故障及正常停送电以300台次/年影响2小时发电计，每年因此可多发电120万kW.h，经济效益明显。这样配置设计也为风电场现代化的监控管理和无人值守提供了参考和借鉴意义。
参考文献
[1]深圳禾望电气股份有限公司《风力变流器系统配电图》V1.0版，2016年12月15日
[2]明珠电气股份有限公司《大面山风电场二期工程预装式变压器变配电系统图》2016年7月8日
编者简介
《风能》编辑，你好！本人陈明，大专文化，曾从事过电气设备安装、火电运行、电力运行维护管理多年，现在从事风力发电建设管理。拟写的《关于风力发电机组和箱变监控及电源配置的探讨》源自工作实际，纯属个人经验总结，对风力发电建设有较好的参考利用价值。