设计起点：从风轮到汇流排风电机组首先是一台“低速发电机”。

叶轮把风能变成十几转/分的机械能，经齿轮箱或直驱方式升至中速或高速，再由发电机输出690V（或900V）三相交流。一次系统的任务，就是从这里开始，把“机组电压”一步步抬到“电网电压”，并保证任何短路、过载、雷击都不至于让整条线路跳闸。设计流程可以概括为：箱变→集电线路→升压站→送出线路→公共电网接入点。每一步的电压等级、接线方式、设备短路容量，都需要在同一本计算书里闭环。

电压阶梯：三步登高最经济国内陆上风电常用“690V—35kV—110kV”三级模式。

箱变将机组电压升到35kV，是电气一次系统里最频繁的“第一个台阶”。选择35kV而非10kV，是因为同样50MW容量下，电流可降到约1/5，电缆截面与线路损耗同步下降；升压到110kV再并网，则满足《电力系统安全稳定导则》对“分散接入”短路容量的限制。对于200MW以上的大基地，也可直接“35kV—220kV”，但短路电流、无功补偿、绝缘配合都会抬高一级，投资增幅约8%—12%。

集电线路：集电系统的接线方式决定“一条电缆故障会丢多少机组”。

树状（放射式）结构简单、投资低，但任一点短路将甩掉下游所有风机；环状（单环或半环）可在30ms内由光纤差动保护隔离故障段，其余机组继续运行，短路电流却增加约20%，开关设备需提高开断容量。设计时通常按“N-1”校核：在最大运行方式下，任意一回路退出，其余线路不过载、电压不越限。计算结果若无法满足，就要在环网与新增回馈电缆之间做经济比选。

短路电流：先算大，再控小短路计算是一次设计的“地基”。

风电机组虽为“逆变器+箱变”结构，但箱变低压侧短路容量仍由发电机次暂态电抗决定，数值可达8–12kA。若多台箱变并联到同一35kV母线，短路电流叠加后可能突破25kA，迫使开关柜改选31.5kA序列，造价上升15%以上。控制手段有三种：

1.在箱变高压侧串入限流电抗器，可将短路电流降低约20%；

2.采用分裂绕组箱变，使两台发电机分别接入不同高压绕组，短路电流各算各的；

3.35kV侧采用单母线分段接线，正常运行时分列运行，故障瞬间才短时并列，兼顾可靠性与经济性。

无功与电压：电缆既是“电源”也是“负荷”35kV集电线路大量使用交联聚乙烯电缆，充电功率可达0.3Mvar/km。

一条20km的集电回路，在空载时即向系统注入8Mvar无功，会把母线电压抬升3%–5%。若此时再叠加风电场自身容性无功，电压可能越过上极限。一次设计必须在35kV母线预留可投切电抗器或STATCOM，容量按“最大充电功率+风机容性余量”配置，通常取汇集容量的15%–20%。否则，电网公司将在并网审查意见里直接要求返工。

接地方式：电阻还是消弧线圈，由电缆长度决定当35kV系统单相接地故障电容电流超过10A，规程要求加装接地补偿设备。

电缆线路的电容电流约为0.09A/km，一旦单回长度超过100km，电容电流即可超过10A。此时可选用：

中性点经消弧线圈接地，补偿后残流≤5A，可带故障运行2小时，利于定位；

中性点经小电阻接地，故障电流控制在100–400A，配合零序保护实现0.5s内跳闸，适合短路容量充裕、追求“速断”的场站。接地方式确定后，零序保护定值、接触电压、跨步电压校验必须同步完成，否则后续改造需要全站停电，损失发电量往往以千万元计。

防雷与过电压：把雷电挡在线路之外风电场多位于山地或海岸，地闪密度远高于城市。

一次系统采取“外避、内限”两级策略：送出线路采用双地线+连续接地体，塔基冲击接地电阻≤10Ω；箱变高压侧装设金属氧化物避雷器，保护水平残压≤73kV（≈3.1p.u.），并与电缆金属护层交叉互联，避免护层过电压击穿。对于220kV送出线路，还需在升压站入口加装0.5-1km耦合段避雷线耦合段，可将侵入波幅值降低约30%。