中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站電氣設(shè)計

李 靜

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

0 概述

中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站工程場址位于哈密市東北約21公里，303省道西北側(cè)約2公里，距市區(qū)較近，交通便利。場址中心位置坐標(biāo)為北緯 43°02′40.9"， 東經(jīng) 93°38′54.48"。區(qū)域內(nèi)地勢相對較為平坦。中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站總規(guī)劃容量100MWp，計劃分三期開發(fā)建設(shè)，其中一期工程建設(shè)20MWp，二期工程建設(shè)30MWp，遠期工程開發(fā)50MWp。

中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站一期20MWp項目采用1000kWp光伏發(fā)電系統(tǒng)為1個模塊設(shè)計，共20個1000kWp光伏系統(tǒng)模塊，分為1～20區(qū)。每個光伏單元采用地面固定式陣列安裝1005.8kWp多晶硅太陽能光伏組件，接入2臺500kW光伏并網(wǎng)逆變器，兩臺500kW光伏并網(wǎng)逆變器接入1臺1000kVA雙分裂變壓器，升壓至10kV電壓等級。經(jīng)10kV電纜線路送至光伏電站110kV升壓站，110kV出線T接于110kV二馬線 （哈密天光電廠-馬場變），T接線路導(dǎo)線采用LGJ-150，線路長度9km。

1 電氣一次設(shè)計

1.1 光伏發(fā)電場集電系統(tǒng)

每1000kWp光伏組件為一個子系統(tǒng)，逆變器輸出的交流電經(jīng)升壓變壓器升至10kV；在場內(nèi)使用10 kV電纜匯流。每兩個單元升壓變壓器合為一條光伏發(fā)電場集電線路，經(jīng)電纜接入光伏電站110kV升壓站的lOkVⅠ段母線。

1.2 光伏電站升壓站主接線方案

根據(jù)本期中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站裝機規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計及分期建設(shè)時序，確定光伏電站110kV升壓變電站電氣主接線形式。

根據(jù)升壓變電站主變臺數(shù)的選取原則以及低壓側(cè)10kV電氣設(shè)備的選擇要求，升壓變電站終期設(shè)置三臺雙繞組有載調(diào)壓變壓器 （預(yù)留擴建位置），一期主變壓器選型為SZ11-20000/110，容量 1×20000kVA。

升壓變電站升高電壓側(cè)電壓等級為110kV，終期出線兩回，據(jù)此接線采用單母線接線。110kV配電裝置采用戶外六氟化硫斷路器，戶外中式布置。低壓側(cè)為光伏電站電源進線，電壓等級10kV，終期接線采用單母線分段接線，一期先上一段母線，電纜饋線10回，主變進線1回，所變出線1回，SVG饋線1回。站用變?nèi)萘?×400kVA，負(fù)荷包括升壓站站區(qū)用電及采暖、動力等負(fù)荷，站用電采用干式變壓器。根據(jù)Q/GDW 617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，無功補償選用SVG動態(tài)無功補償裝置，調(diào)節(jié)范圍從感性2Mvar至容性4Mvar連續(xù)可調(diào)。

1.3 主要電氣設(shè)備選擇及布置方案

光伏電站海拔高程在1102m-1127m之間，污穢等級屬Ⅲ級污穢區(qū)。因此110kV配電裝置采用戶外布置，10kV配電裝置采用戶內(nèi)布置方案。

1.3.1 光伏區(qū)設(shè)備

光伏區(qū)設(shè)計采用一個1MWp作為一個子單元。在這個子單元里有235MWp的多晶硅光伏板4280快；14路戶外匯流箱14個和兩個10路的戶外匯流箱；光伏板之間串并聯(lián)直流電纜約17km；一個逆變器室，逆變器室內(nèi)布置有一面通信柜、兩面各8路匯流柜、兩套500kW的并網(wǎng)逆變器；與逆變器室同向布置的還有一個1000kVA,10/0.27kV/0.27kV雙分裂升壓箱式變電站及10kV高壓負(fù)荷開關(guān)，一期20MWp共20個子單元。

1.3.2 110kV配電裝置

110kV斷路器選用LW36-126型六氟化硫斷路器、電動彈簧機構(gòu)，戶外中式布置。

110kV電流互感器選用LVB-110型油浸式電流互感器。

110kV母線側(cè)電壓互感器選用TYD-110/√3-0.02H型電容式電壓互感器；線路側(cè)電壓互感器選用TYD-110/√3-0.01H型單相電容式電壓互感器。

110kV隔離開關(guān)選用GW4A-110改進型隔離開關(guān)，配置電動機構(gòu)，其中線路側(cè)、母線電壓互感器間隔刀閘為雙接地型，其余刀閘為單接地刀。

1.3.3 10kV戶內(nèi)配電裝置

本工程10kV配電裝置選用KYN28A-12手車式金屬封閉中置式開關(guān)柜。斷路器為VH4-EP-12型真空開關(guān)、彈簧操動機構(gòu)，本期工程開關(guān)柜共15臺。

1.4 過電壓保護和接地方案

光伏發(fā)電工程一般有兩個區(qū)域，一個是光伏陣列區(qū)域，一個是升壓站區(qū)域，這兩個區(qū)域必須進行過電壓保護及接地設(shè)計。

在光伏發(fā)電項目光伏區(qū)的設(shè)計中沒有設(shè)置防直擊雷保護，只是在戶外的匯流箱內(nèi)設(shè)置了防感應(yīng)雷的保護措施。根據(jù) 《電力設(shè)備過電壓保護技術(shù)規(guī)程》在變電所內(nèi)設(shè)置4座30m高的獨立避雷針。為防止由送電線路侵入變電所的大氣過電壓對電氣設(shè)備的損壞，在各電壓母線、電纜饋線終端、變壓器高壓側(cè)中性點等處裝設(shè)氧化鋅避雷器。

升壓站接地裝置按《電力設(shè)備接地設(shè)計規(guī)程》的要求，圍繞建筑物及屋外配電裝置敷設(shè)，主接地網(wǎng)由60X6的熱鍍鋅扁鋼和Φ50mm熱鍍鋅鋼管構(gòu)成的復(fù)合接地網(wǎng)，接地電阻≤0.5歐姆。本工程我們將光伏陣列區(qū)域和升壓站區(qū)域做成了一個接地網(wǎng)。

2 電氣二次設(shè)計

光伏電站電氣二次設(shè)計包括光伏區(qū)電氣二次設(shè)計和110kV升壓站電氣二次設(shè)計兩部分。

2.1 光伏區(qū)電氣二次設(shè)計

在光伏區(qū)逆變器室內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)采集柜、逆變器室監(jiān)控柜，柜內(nèi)含測控裝置、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、以太網(wǎng)交換機和光纖熔接盒等。一期光伏區(qū)監(jiān)控通過單模光纜接入光纖交換機，光纖交換機匯集后通過單模光纜直接接入升壓站監(jiān)控系統(tǒng)，升壓站有2臺監(jiān)控主機，沒有單獨設(shè)置光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 升壓變電站控制、保護、測量和信號

升壓站電氣二次部分包括微機綜合自動化后臺機監(jiān)控系統(tǒng)、各間隔單元微機保護、繼電保護自動裝置、直流操作電源、計量表計等。

2.2.1 微機綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本升壓站按無人值班、少人值守設(shè)計。電氣二次采用微機綜合自動化系統(tǒng)，本工程微機綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。其縱向分兩層：變電站層和間隔層，變電站層采用分布式結(jié)構(gòu)，就地監(jiān)控和遠動接口相互獨立。間隔層在橫向按變電所一次設(shè)備配置。

該系統(tǒng)能保證在無人值班的條件下安全可靠運行,集實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視、就地與遠方控制操作(互為閉鎖)、保護及保護信息采集與監(jiān)視、中央信號、電能計量、主變有載調(diào)壓分接開關(guān)就地與遠方調(diào)節(jié)、10kV無功補償并聯(lián)電容器、直流電源系統(tǒng)的就地與遠方調(diào)節(jié)、事故記錄、管理、打印報表、調(diào)度通訊等功能。全站設(shè)置微機五防操作閉鎖系統(tǒng)。

2.2.2 微機保護配置要求

a.主變壓器保護

配置有主保護、后備保護及非電量保護：

b.110kV微機線路光纖縱差保護

c.故障錄波自動裝置

d.10kV線路保護e.10kV所用變保護f.10kV電容器保護

2.2.3 直流操作電源系統(tǒng)功能要求

本工程配置高頻開關(guān)直流系統(tǒng)一套，配置電池容量200Ah，直流電壓220V，充電模塊按N+1原則配置，另外設(shè)10A充電模塊4只，其中3只工作，1只備用，監(jiān)控模塊1只，絕緣監(jiān)測模塊1只。直流操作電源成套裝置設(shè)置監(jiān)控模塊，具備通信接口，實現(xiàn)上傳。

2.2.4 安全穩(wěn)控裝置

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，除與一次系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，繼電保護的快速、正確動作有關(guān)外，還應(yīng)裝設(shè)安全自動裝置，以防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞或事故擴大，本光伏電站配置一套頻率電壓緊急控制裝置，具備低周、低壓、高周、高壓解列功能，解列點設(shè)置在110kV出線開關(guān)。

2.2.5 相量測量裝置（PMU）

為了系統(tǒng)安全，按照新疆省調(diào)最新要求，本電站配置電力系統(tǒng)相量測量裝置，用于測量發(fā)電廠、電站內(nèi)動態(tài)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)事故預(yù)防。

3 結(jié)論

該項目于2011年6月17日核準(zhǔn)建設(shè)，并于2011年12月27日已正式投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電。從該工程的設(shè)計到施工，遇到了不少問題，筆者體會到光伏電站的電氣設(shè)計與其它水電、風(fēng)電場的升壓站不同，應(yīng)注意的問題主要有以下3點：

a.光伏區(qū)防直擊雷問題：由于光伏陣列占地面積較大（一般一個20MWp多晶硅光伏陣列，占地約0.5km2），若采用傳統(tǒng)的避雷針進行防直擊雷保護，在光伏區(qū)內(nèi)需設(shè)置近十幾個十幾米高避雷針，這樣在光伏板上會產(chǎn)生陰影，不但使光伏板發(fā)電效率降低，同時降低光伏板的使用壽命。目前在光伏發(fā)電項目光伏區(qū)的設(shè)計中沒有設(shè)置防直擊雷保護，只是在戶外的匯流箱內(nèi)設(shè)置了防感應(yīng)雷的保護措施。

b.光伏區(qū)匯集線架設(shè)方式設(shè)計：由于一般項目建設(shè)地區(qū)政府要求光伏電站既要作為能源教育基地又要作為旅游觀光基地，因此匯集線多采用埋設(shè)方式（電纜溝造價高），若按現(xiàn)有的其他規(guī)范要求，埋設(shè)一般不超過7根，而光伏區(qū)有大量的光伏板串并聯(lián)直流電纜、匯集電纜、通信電纜等，遠遠超過規(guī)定的數(shù)量，挖一個溝無法滿足要求。本站采用多條電纜溝敷設(shè)。

c.升壓站的保護設(shè)置：光伏電站的升壓站除按規(guī)程規(guī)范的規(guī)定設(shè)置常規(guī)控制保護外，還應(yīng)考慮設(shè)置相量測量裝置（PMU）及安全自動裝置，以滿足光伏電站并網(wǎng)要求。