(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811287591.X
(22)申请日 2018.10.31
(71)申请人 中国能源建设集团广东省电力设计
研究院有限公司
地址 510663 广东省广州市黄埔区广州科
学城天丰路1号
(72)发明人 林睿 沈云 阳熹 汤翔 张振
黄旭丹 胡建军 许一泽 熊晓晟
何韶渺
(74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理
有限公司 44224
代理人 陈金普
(51)Int.Cl.
H01F 29/04(2006.01)
H01F 27/28(2006.01)
H01F 27/40(2006.01)H02J 3/00(2006.01)
(54)发明名称海上风电场升压站主变压器和升压系统(57)摘要本申请涉及一种海上风电场升压站和升压系统。其中，海上风电场升压站主变压器，包括：铁芯，附加绕组，接地电阻，连接第一海缆的高压侧绕组，以及连接第二海缆的低压侧绕组。高压侧绕组绕、低压侧绕组和附加绕组绕制于铁芯上。高压侧绕组和低压侧绕组均为星型连接的绕组；附加绕组为三角形连接的绕组。低压侧绕组的中性点通过接地电阻接地。基于上述结构，可改变传统的海上风电场升压站中低压侧系统的中性点接地方式，能够在海上风电场发生单相接地故障时，降低发生电缆故障的概率，保障整个升压站的安全运行。同时，可在主变压器的低压侧发生单相接地故障时，避免主变压器的高压侧开关跳闸，提高风电场运行的可靠性，保证风电 场发电量的送出。权利要求书1页 说明书9页 附图7页CN 110544580 A 2019.12.06
C N 110544580
A
1.一种海上风电场升压站主变压器，其特征在于，包括：铁芯，附加绕组，接地电阻，用于连接第一海缆的高压侧绕组，以及用于连接第二海缆的低压侧绕组；
所述高压侧绕组绕、所述低压侧绕组以及所述附加绕组绕制于所述铁芯上；
所述高压侧绕组为星型连接的绕组；所述低压侧绕组为星型连接的绕组；所述附加绕组为三角形连接的绕组；所述低压侧绕组的中性点通过所述接地电阻接地。
2.根据权利要求1所述的海上风电场升压站主变压器，其特征在于，所述附加绕组为预设容量的绕组；所述预设容量的取值范围为所述主变压器的额定容量的33％至30％。
3.根据权利要求1所述的海上风电场升压站主变压器，其特征在于，所述第一海缆为220kV母线；所述第二海缆为35kV母线。
4.根据权利要求1所述的海上风电场升压站主变压器，其特征在于，所述低压侧绕组包括用于连接所述第二海缆的第一低压侧绕组、第二低压侧绕组；
所述接地电阻包括第一接地电阻和第二接地电阻；所述第一低压侧绕组的中性点通过所述第一接地电阻接地；所述第二低压侧绕组的中性点通过所述第二接地电阻接地。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的海上风电场升压站主变压器，其特征在于，还包括开关电路；所述高压侧绕组通过所述开关电路接地。
6.一种海上风电场升压系统，其特征在于，包括用于连接陆上升压站的第一海缆，用于连接海上风机的第二海缆，以及如权利要求1至5任意一项所述的海上风电场升压站主变压器；
所述主变压器的高压侧绕组连接所述第一海缆；所述主变压器的低压侧绕组连接所述第二海缆。
7.根据权利要求6所述的海上风电场升压系统，其特征在于，所述主变压器的数量为两个；所述第一海缆包括两条220kV母线；所述第二海缆包括至少两条35kV母线；
所述高压侧绕组连接对应的所述220kV母线；所述低压侧绕组连接对应的所述35kV母线。
8.根据权利要求6或7所述的海上风电场升压系统，其特征在于，还包括站用变压器；所述低压侧绕组通过对应的所述35kV母线连接所述站用变压器。
9.根据权利要求8所述的海上风电场升压系统，其特征在于，所述站用变压器为Z型连接的变压器。
10.根据权利要求8所述的海上风电场升压系统，其特征在于，所述站用变压器包括站内变压铁芯，三角形连接的第一绕组，以及星型连接的第二绕组；所述第一绕组绕制在所述站内变压铁芯上；所述第二绕组绕制在所述站内变压铁芯上；所述第一绕组连接对应的所述35kV母线。
权 利 要 求 书1/1页CN 110544580 A
海上风电场升压站主变压器和升压系统
技术领域
[0001]本申请涉及海上风能发电技术领域，特别是涉及一种海上风电场升压站主变压器和升压系统。
背景技术
[0002]根据最新数据显示，风能发电仅次于水力发电，占到全球可再生资源发电量的16％。在全球高度关注发展低碳经济的环境下，海上风电有成为可再生能源电力的主力军。在人口密集的沿海地区，可以快速地建立起吉瓦级的海上风电场，这也使得海上风电可以成为通过经济有效的方式来减少能源生产环节碳排放的重要技术之一。海上风电虽然起步较晚，但是凭借海风资源的稳定性和大发电功率的特点，海上风电近年来正在世界各地飞速发展，海上风电有高度依赖技术驱动的特质，已经具备了作为核心电源来推动未来全球低碳经济发展的条件。所以随着海上风电的发展，相关技术也将在不断的日新月异。[0003]在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：在主变压器的低压侧发生单相接地故障时，无法兼顾电缆的保护以及变压器发电的可靠性。
发明内容
[0004]基于此，有必要针对传统技术在主变压器的低压侧发生单相接地故障时，无法兼顾安全性以及可靠性的问题，提供一种海上风电场升压站主变压器和升压系统。
[0005]为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种海上风电场升压站主变压器，包括：铁芯，附加绕组，接地电阻，用于连接第一海缆的高压侧绕组，以及用于连接第二海缆的低压侧绕组。
[0006]高压侧绕组绕、低压侧绕组以及附加绕组绕制于铁芯上。高压侧绕组为星型连接的绕组；低压侧绕组为星型连接的绕组；附加绕组为三角形连接的绕组。低压侧绕组的中性点通过接地电阻接地。
[0007]在其中一个实施例中，附加绕组为预设容量的绕组；预设容量的取值范围为主变压器的额定容量的33％至30％。
[0008]在其中一个实施例中，第一海缆为220kV(千伏特)母线。
[0009]第二海缆为35kV母线。
[0010]在其中一个实施例中，低压侧绕组包括用于连接第二海缆的第一低压侧绕组、第二低压侧绕组。接地电阻包括第一接地电阻和第二接地电阻。第一低压侧绕组的中性点通过第一接地电阻接地；第二低压侧绕组的中性点通过第二接地电阻接地。
[0011]在其中一个实施例中，还包括开关电路；高压侧绕组通过开关电路接地。[0012]另一方面，本申请实施例还提供了一种海上风电场升压系统，包括用于连接陆上升压站的第一海缆，用于连接海上风机的第二海缆，以及如上述的海上风电场升压站主变压器。主变压器的高压侧绕组连接第一海缆；主变压器的低压侧绕组连接第二海缆。[0013]在其中一个实施例中，主变压器的数量为两个；第一海缆包括两条220kV母线；第
二海缆包括至少两条35kV母线。高压侧绕组连接对应的220kV母线；低压侧绕组连接对应的35kV母线。
[0014]在其中一个实施例中，还包括站用变压器。低压侧绕组通过对应的35kV母线连接站用变压器。
[0015]在其中一个实施例中，站用变压器为Z型连接的变压器。
[0016]在其中一个实施例中，站用变压器包括站内变压铁芯，三角形连接的第一绕组，以及星型连接的第二绕组；第一绕组绕制在站内变压铁芯上；第二绕组绕制在站内变压铁芯上。第一绕组连接对应的35kV母线。
[0017]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
[0018]海上风电场升压站主变压器，包括：铁芯，附加绕组，接地电阻，用于连接第一海缆的高压侧绕组，以及用于连接第二海缆的低压侧绕组。高压侧绕组绕、低压侧绕组以及附加绕组绕制于铁芯上。高压侧绕组为星型连接的绕组；低压侧绕组为星型连接的绕组；附加绕组为三角形连接的绕组。低压侧绕组的中性点通过接地电阻接地。基于上述结构，可改变传统的海上风电场升压站中低压侧系统的中性点接地方式，能够在海上风电场发生单相接地故障时，降低发生电缆故障的概率，保障整个升压站的安全运行。同时，可在主变压器的低压侧发生单相接地故障时，避免主变压器的高压侧开关跳闸，提高风电场运行的可靠性，保证风电场发电量的送出。
附图说明
[0019]通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
[0020]图1为传统海上风电场升压站的第一示意性结构图；
[0021]图2为传统海上风电场升压站的第二示意性结构图；
[0022]图3为传统海上风电场升压站的分裂变压器的外形示意图；
[0023]图4为传统海上风电场升压站的35kV系统接线示意图；
[0024]图5为传统海上风电场升压站的第三示意性结构图；
[0025]图6为一个实施例中海上风电场升压站主变压器的第一示意性结构图；[0026]图7为一个实施例中海上风电场升压站主变压器的第二示意性结构图；[0027]图8为一个实施例中海上风电场升压站主变压器的第三示意性结构图；[0028]图9为一个实施例中海上风电场升压系统的第一示意性结构图；
[0029]图10为一个实施例中海上风电场升压系统的第二示意性结构图。
具体实施方式
[0030]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。[0031]需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0033]传统的海上风电场升压站可如图1所示，图1为传统海上风电场升压站的第一示意性结构图，在一座220kV海上升压站中，布置两台220/35/35kV、容量为240MVA(兆伏安)的三相、铜绕组、自然油循环、自冷却型、油浸式、低损耗、低压双分裂的有载调压电力变压器。220kV侧采用2进2出内桥型接线；35kV侧采用4段单母线接，不同的主变(主变压器)之间的母线进行联络。采用2回220kV三芯3×500mm2(平方毫米)、XLPE(交联聚乙烯)的绝缘海底电缆(简称海缆)传输至陆上集控中心。
[0034]海上升压站35kV系统与风机之间通过35kV海底电缆连接，电缆数量多，单相接地电容电流较大，
需防止在35kV系统单相接地时出现弧光过电压，造成电气设备损伤甚至是绝缘对地击穿。
[0035]根据电网公司反措的要求，风电场汇集线系统单相故障时应快速切除，同时，海上风电场集电线路全部采用海底电缆，电容电流较大，推荐采用合适的接地方式，以限制过电压水平，并能通过相应保护快速切除单相接地故障。其中，海上风电场的中性点接地方式应考虑：主变压器高压侧中性点的接地方式应根据电网中的短路电流水平来确定，由于海缆的电容电流水平很高，主变压器低压侧中性点接地方式应采用电阻接地，可快速的切除故障；当主变压器低压侧无中性点引出时，可考虑在主变压器低压侧每段母线或低压出口装设一套接地变压器及接地电阻。
[0036]传统的海上风电场项目中，海上升压站可如图2至4所示，图2为传统海上风电场升压站的第二示意性结构图；图3为传统海上风电场升压站的分裂变压器的外形示意图；图4为传统海上风电场升压站的35kV系统接线示意图。海上风电项目中，海上升压站主变的绕组联结组别接线方案为YN，d11-d11或者是YN，d11，即，低压侧35kV侧绕组的接线型式是三角形联结，无法引出中性点。所以，35kV的中性点只能在35kV母线上设中性点接地变，作为35kV系统的接地设备，即，采用接地变加小电阻接地的方式，在35kV每段母线上装设一套接地变压器(简称接地变)加电阻柜，站用变压器(简称站用变)兼做接地变。在风电场发生单相接地时，快速跳闸故障回路，保护风电场电气设备。
[0037]上述传统技术存在以下缺点：
[0038]1、如果35kV母线上的接地变发生故障，即，此时35kV上的进线开关将跳开。由于该方案中，主变低压侧到35kV母线进线开关间的35kV电缆无法设置保护，若此时该处发生单相接地故障，该段电缆将会因为没有配置相应的保护而无法断开，则会导致故障扩大，进而发生电缆故障，甚至引发电缆火灾等严重事故，影响整个升压站的安全运行。
[0039]2、由于主变低压侧是三角形接线，故无法引出中性点，只能在35kV的每段母线上均考虑设置接地变，该海上升压站平台的35kV母线共4段，每段母线均要设接地变，共需要设置4台接地变，其中两台兼作站用变，如图4所示。接地变房间的面积会相应增大，约为280m2(平方米)，同时，每台接地变荷重为10吨，海上升压站平台的基础重量必然增加，进而大大增加了土建的工程量，提高了工程的成本。
[0040]传统的海上升压站还可如图5所示，图5为传统海上风电场升压站的第三示意性结
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