光伏發(fā)電場內(nèi)電纜敷設(shè)技術(shù)

沈 彬

（上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025）

光伏發(fā)電具有清潔環(huán)保、無污染、利用價值高和光源充足等優(yōu)點，是我國能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃中大力發(fā)展的一項光伏產(chǎn)業(yè)，得到了眾多投資商的青睞。目前，光伏項目數(shù)量與日俱增，市場競爭激烈。因此，如何在合理的條件下控制項目造價成為關(guān)鍵。根據(jù)多年設(shè)計經(jīng)驗，光伏發(fā)電場內(nèi)高低壓電纜的造價約占總造價的6%，電纜的路徑選擇、規(guī)格選型及敷設(shè)方式的不同對項目的投資造價有較大的影響。由此看來，對光伏發(fā)電場內(nèi)不同電壓等級的交、直流電纜敷設(shè)方式進行系統(tǒng)的規(guī)劃及考慮是相當必要的。

本文主要對現(xiàn)階段較為典型的光伏電場中交、直流電纜敷設(shè)進行系統(tǒng)介紹，同時對敷設(shè)方式及電纜選型提出優(yōu)化建議，以供設(shè)計人員進行交流參考。

1 光伏發(fā)電場內(nèi)電纜選型

光伏發(fā)電場內(nèi)的電源回路主要由太陽能組件、匯流箱、直流配電柜、逆變器及箱變等設(shè)備組成。由光伏組件的光生伏特效應產(chǎn)生直流電，經(jīng)多路匯集至匯流箱后送至直流配電柜，由直流配電柜送至逆變器進行交直流轉(zhuǎn)換，并將交流電送至就地箱變進行升壓后，送至場內(nèi)開關(guān)站或升壓站的相應進線柜中。

由于光伏發(fā)電場的布置特點，場內(nèi)線路均以電纜為主，不同設(shè)備之間的電纜按輸送容量及電源要求對電纜規(guī)格和型號進行選擇，同時按照所在場地的條件提出相應的敷設(shè)要求。

1.1 光伏組件至匯流箱段

光伏組件安裝在戶外光照充足的場地中，需通過電纜將其產(chǎn)生的直流電輸送至匯流箱，此段電纜一般選用光伏專用電纜PV1－F。

光伏電纜包括導體以及導體外的絕緣層構(gòu)成的線芯，并在線芯外擠包有聚烯烴外護套層，其內(nèi)部的絕緣層為聚烯烴絕緣層。光伏電纜結(jié)構(gòu)簡單，使用的低煙無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料和護套材料具有極好的耐熱、耐寒、耐油、耐紫外線、耐臭氧和耐候性，可在惡劣的環(huán)境條件下及特殊場合下使用。

光伏電纜與普通電纜的區(qū)別在于光伏電纜時常暴露在陽光下，光伏發(fā)電系統(tǒng)常常會在惡劣環(huán)境下使用，如高溫和紫外線輻射。在部分屋頂光伏發(fā)電項目中，光伏電纜可在屋頂結(jié)構(gòu)的銳邊上布線，同時可承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強力沖擊等。

1.2 匯流箱至直流配電柜段

直流配電柜具有對直流電能進行分配、監(jiān)控和保護功能（一般指分配直流負荷的柜），可以將總輸入直流分為多路，并且每路都有保護裝置（熔絲，空開等）、防雷等，可以對每路電壓、電流進行監(jiān)控，還能實現(xiàn)遠程通信。

由匯流箱至逆變器室里的直流配電柜送出的直流電纜一般采用直埋方式進行敷設(shè)，此段電纜一般選用1kV兩芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜。電纜選型前需要根據(jù)不同場地環(huán)境來選擇是否需要鎧裝保護：如電纜需要承受較大壓力，存在機械損傷危險、白蟻危害或鼠害等時，應采用鋼帶鎧裝電力電纜；如敷設(shè)在流沙層、回填土地帶等可能出現(xiàn)位移的土壤中，應采用鋼絲鎧裝電力電纜。

1.3 直流配電柜至逆變器段

由于直流配電柜與逆變器同在逆變器室中，此段電纜是全線敷設(shè)于室內(nèi)，一般選用不帶鎧裝的1kV兩芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，如在鼠害嚴重的地區(qū)可考慮選用鋼帶鎧裝電力電纜。

1.4 逆變器至箱變段

光伏發(fā)電場內(nèi)的逆變器室與就地箱變室一般設(shè)置在臨近的位置，中間預置多根PVC埋管用于逆變器至箱變的電纜通道。由于此段電纜在室內(nèi)采用電纜溝敷設(shè)，中間一般采用穿管敷設(shè)，如果場地內(nèi)沒有鼠害威脅的話，一般選用不帶鎧裝的1kV三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜。

1.5 場內(nèi)集電線路

光伏發(fā)電場與風電場不同，風電場整體面積較大，風機布置較為分散，因此其場內(nèi)集電線路一般以架空線路為主，電纜線路為輔；光伏發(fā)電場整體面積較小，組件布置緊湊，整個場地的利用率較高，組件周圍不允許有較高的建筑物對其造成陰影遮擋，因此其場內(nèi)的集電線路一般以電纜線路為主，而電線路匯集段可在空曠區(qū)域采用架空線路將所發(fā)電送至開關(guān)站或升壓站。

光伏發(fā)電場內(nèi)集電線路是用于將場內(nèi)各陣列中的就地箱變送出的電源連接起來，并送至就近的開關(guān)站或升壓站內(nèi)的線路。由于光伏發(fā)電場與風電場的不同特性，致使其場內(nèi)的集電線路一般以串接形式連接場內(nèi)就地箱變，局部箱變采用T接地形式接入主回路中。

光伏發(fā)電場內(nèi)集電線路受場地條件限制，主要采用直埋電纜的敷設(shè)方式。箱變至箱變段采用35kV三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，進站段35kV電力電纜采用阻燃電纜，同時場內(nèi)集電線路的鎧裝類型由現(xiàn)場情況決定。

2 光伏發(fā)電場內(nèi)電纜敷設(shè)方式

2.1 光伏專用電纜

光伏發(fā)電場內(nèi)各組件上的光伏專用電纜由各組件的正、負端口引出，經(jīng)由組件支架背部敷設(shè)至地面，最終通過埋地的PVC保護管敷設(shè)至相應的匯流箱中，其敷設(shè)示意圖如圖1所示。

圖1 光伏專用電纜敷設(shè)示意圖

2.2 1kV直流電力電纜

光伏發(fā)電場內(nèi)需要敷設(shè)1kV直流電力電纜的地方有兩處，分別是匯流箱至直流配電柜及直流配電柜至逆變器。由于敷設(shè)環(huán)境不同，導致這兩處的電纜敷設(shè)形式也不同。匯流箱至直流配電柜段的電纜為場內(nèi)直埋敷設(shè)，電纜由匯流箱下口出線后，沿場內(nèi)組件邊緣的空地處直埋敷設(shè)至逆變器室內(nèi)的直流配電柜中。

直流配電柜至逆變器段電纜全線敷設(shè)于逆變器室內(nèi)的電纜溝中，電纜由直流配電柜下口出線，沿室內(nèi)電纜溝的支架敷設(shè)至相應的逆變器中。

2.3 1kV交流電力電纜

直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后，需敷設(shè)1kV交流電纜至就地箱變中。此段電纜由逆變器下口出線，經(jīng)過室內(nèi)電纜溝后，通往鄰近箱變室的預埋管中敷設(shè)至箱變室內(nèi)的箱變中。為滿足輸送容量及敷設(shè)條件要求，此段電纜一般采用多拼的形式進行敷設(shè)，其敷設(shè)示意圖如圖2所示。

圖2 1kV交流電纜敷設(shè)示意圖

2.4 35kV交流電力電纜

35kV交流電力電纜作為場內(nèi)集電線路將各箱變送出電力引至場內(nèi)開關(guān)站或升壓站中，一般從箱變高壓側(cè)電纜室向外出線，將就近的箱變連接完畢后，最終以一根或多根較大截面的電纜敷設(shè)至站內(nèi)相應的進線開關(guān)柜中，其敷設(shè)示意圖如圖3所示。

圖3 箱變內(nèi)高壓側(cè)35kV交流電纜敷設(shè)示意圖

3 優(yōu)化措施

目前，光伏并網(wǎng)發(fā)電項目中的場內(nèi)電纜敷設(shè)設(shè)計已趨于模塊化、典型化，不同段的電纜敷設(shè)模式均有其各自的特點，設(shè)計時需針對其不同的敷設(shè)環(huán)境確定相應的電纜規(guī)格、路徑走向及敷設(shè)方式，如何規(guī)范及優(yōu)化場內(nèi)電纜的敷設(shè)設(shè)計已成為主要設(shè)計任務之一。

1）按照規(guī)程要求，電力電纜在設(shè)備箱房或裸露在空氣中的部分均需采取防火措施。以往工程中，場內(nèi)電纜均采用價格偏高的阻燃電纜，然而光伏發(fā)電場內(nèi)電纜主要采用直埋方式敷設(shè)，如全線采用阻燃電纜，總體造價將會大大升高。因此，場內(nèi)電纜可選用普通型電纜，并對裸露于空氣中電纜段加包防火包帶。

2）由于光伏發(fā)電場內(nèi)電纜較多，其敷設(shè)路徑也較復雜，如果每段電纜都沿最短路徑敷設(shè)，將會大大增加場內(nèi)直埋溝槽開挖的工程量。因此，進行場內(nèi)電纜敷設(shè)設(shè)計時需通盤考慮，將截面較大的電纜按最短路徑進行敷設(shè)，其余小截面電纜盡量與大截面電纜同通道敷設(shè)，從而減少開挖的工程量，減少整體投資。

3）光伏發(fā)電場施工完畢后，場地上一般不會有車輛碾壓，因此埋地電纜在施工完畢后不存在承受較大壓力或機械損傷的可能。同時，如果光伏發(fā)電場所在地區(qū)白蟻或鼠害等危害不大，則全場電纜可以選用不含鎧裝的電力電纜，使投資費用降低。