德昌李家壩風(fēng)電場(chǎng)工程電氣一次設(shè)計(jì)

陳 宇，龔雪峰

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

德昌安寧河谷李家壩風(fēng)電場(chǎng)位于德昌麻栗鄉(xiāng)安寧河谷左岸，場(chǎng)地平坦開(kāi)闊。場(chǎng)址區(qū)海拔高度在1 440～1 470m之間，地勢(shì)較開(kāi)闊平坦，場(chǎng)區(qū)已有西攀高速公路、國(guó)道G108、成昆鐵路、高壓輸電及民房等地物，地物相對(duì)較多。

安寧河谷全境屬高原河谷地帶，地形北高南低，螺髻山與耗牛山東西對(duì)峙，中間是安寧河谷，是安寧河谷平原的南延部份。安寧河河谷地區(qū)為北高南低的狹管狀地形，風(fēng)的狹管效應(yīng)明顯，南北向風(fēng)力大，且冬春季節(jié)季風(fēng)尤為明顯。

德昌縣境內(nèi)安寧河谷風(fēng)電場(chǎng)預(yù)計(jì)分為德昌風(fēng)電場(chǎng)、阿月風(fēng)電場(chǎng)、李家壩風(fēng)電場(chǎng)和黃家壩風(fēng)電場(chǎng)等4個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模約150MW。目前德昌風(fēng)電場(chǎng)已建成發(fā)電。

德昌縣李家壩風(fēng)電場(chǎng)工程裝機(jī)容量40MW，擬采用20臺(tái)2MW型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)－機(jī)組變壓器采用單元接線方式，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)一臺(tái)箱式升壓變壓器將機(jī)端電壓由0.69kV升至35kV，經(jīng)3回35kV集電線路送至風(fēng)電場(chǎng)變電站35kV母線，經(jīng)主變升壓后與阿月風(fēng)電場(chǎng)共同以一回220kV架空線路送至西昌南220kV變電站，線路長(zhǎng)度約8km。

2 電氣一次設(shè)計(jì)

2.1 接入系統(tǒng)方式

西昌南220kV變電站已為德昌境內(nèi)風(fēng)電開(kāi)發(fā)預(yù)留一個(gè)220kV接入間隔，根據(jù)接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位提供的初步意見(jiàn)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組布置情況，以及黃家壩風(fēng)電場(chǎng)與本風(fēng)電場(chǎng)共同經(jīng)一臺(tái)主變壓器升壓后送出，初步擬定本風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)方式為:李家壩風(fēng)電場(chǎng)與阿月風(fēng)電場(chǎng)共用一個(gè)升壓站，在阿月風(fēng)電場(chǎng)升壓站為本風(fēng)電場(chǎng)預(yù)留的主變安裝位置上，安裝一臺(tái)90MVA主變及相關(guān)配套裝置，并共用一回220kV出線接至西昌南220kV變電站。

2.2 電氣主接線

根據(jù)以上接入系統(tǒng)方案，本電場(chǎng)電氣主接線設(shè)計(jì)如下:

(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與箱式變電站的組合方式。李家壩風(fēng)電場(chǎng)共安裝20臺(tái)單機(jī)容量為2 000kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為0.69kV，功率因數(shù)為0.98(在機(jī)端處補(bǔ)償后)。

由于各風(fēng)電機(jī)組之間相距較遠(yuǎn)，為降低發(fā)電機(jī)回路的電能消耗，減少發(fā)電機(jī)回路動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度和數(shù)量，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與箱式變壓器擬采用一機(jī)一變的單元接線方式。

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量，全場(chǎng)共選用20臺(tái)變壓器容量為2 100kVA的箱式變電站，箱式變電站布置在距風(fēng)電機(jī)組中心約20m處。

經(jīng)計(jì)算，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定電流為1 708A，考慮敷設(shè)系數(shù)后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與箱式變電站低壓側(cè)之間選擇6根ZR－YJV－3×240，0.6/1kV電纜，中性點(diǎn)之間采用兩根ZR－YJV－1×240，0.6/1kV并聯(lián)連接。

(2)箱式變電站高壓側(cè)電壓和接線方式選擇。風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量為2 000kW，額定電壓為0.69kV，箱式變電站低壓側(cè)電壓與發(fā)電機(jī)電壓匹配選用0.69kV。高壓出線側(cè)電壓可在10kV與35kV兩種電壓之間選擇，電纜經(jīng)高壓跌落式熔斷器后接至集電線路。兩種出線方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如下:

方案一:箱變高壓側(cè)出線選用10kV電壓等級(jí);

方案二:箱變高壓側(cè)出線選用35kV電壓等級(jí)。

經(jīng)比較，方案一和方案二每回集電線路串接的箱變數(shù)量、出線回路相同，方案一出線占有的通道比方案二窄，但集電線路導(dǎo)線截面相對(duì)方案二較大，投資較高。綜合比較，本階段推薦方案二，即箱變升高電壓側(cè)取35kV。

(3)35kV側(cè)接線方式。風(fēng)電場(chǎng)35kV母線與阿月風(fēng)電場(chǎng)35kV母線組成單母線分段接線方式。

(4)220kV側(cè)接線方式。德昌縣李家壩風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)40MW，發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)箱式變電站升壓至35kV后，通過(guò)35kV架空線路進(jìn)入220kV升壓站后再直埋接入35kV開(kāi)關(guān)柜，再經(jīng)主變升壓至220kV，與阿月風(fēng)電場(chǎng)組成單母線接線方式后，共用一回220kV出線接至西昌南變電站。

2.3 集電線路方案

在工程中，由于直埋電纜投資較大，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，集電線路采用架空鋼芯鋁絞線。導(dǎo)線截面按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算選擇。

李家壩風(fēng)電場(chǎng)采用單機(jī)容量為2MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，共20臺(tái)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置一臺(tái)箱式變電站。根據(jù)35kV電壓等級(jí)的經(jīng)濟(jì)輸送容量、風(fēng)電機(jī)組、升壓站位置及地形條件，全場(chǎng)20臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的集電線路可按以下兩個(gè)方案考慮。

方案一:全場(chǎng)20臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組共分為3組，對(duì)應(yīng)三回集電線路，35kV配電室內(nèi)35kV開(kāi)關(guān)柜。

每組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其集電線路所用導(dǎo)線型號(hào)如下:

第一組共7臺(tái)機(jī)組:1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)，線路長(zhǎng)度約8.5km，導(dǎo)線型號(hào)為 LGJ－185;

第二組共6臺(tái)機(jī)組:8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、17號(hào)、18號(hào)，線路長(zhǎng)度約10km，導(dǎo)線型號(hào)為 LGJ－150;

第三組共7臺(tái)機(jī)組:12號(hào)、13號(hào)、14號(hào)、15號(hào)、16號(hào)、19號(hào)、20號(hào)，線路長(zhǎng)度約10.5km，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ－185。

其中最大輸送電流288A，最大輸電距離約10.5km，導(dǎo)線長(zhǎng)度共計(jì)約29km。

方案二:全場(chǎng)20臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組共分為兩組，對(duì)應(yīng)兩回集電線路，分別接入220kV升壓站35kV配電室內(nèi)35kV開(kāi)關(guān)柜。

每組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其集電線路所用導(dǎo)線型號(hào)如下:

第一組共10臺(tái)機(jī)組:1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)，線路長(zhǎng)度約14km，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ－300;

第二組共10臺(tái)機(jī)組:3號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、14號(hào)、15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)、18號(hào)、19號(hào)、20號(hào)，線路長(zhǎng)度約11km，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ－300;

其中最大輸送電流412A，最大輸電距離約14km，導(dǎo)線長(zhǎng)度共計(jì)約25km。

在以上兩種集電線路方案中，雖然方案二導(dǎo)線長(zhǎng)度較短，但因?qū)Ь€截面面積較大，對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)的要求較高，因此，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，推薦采用方案一。

2.4 站用電系統(tǒng)

站用電設(shè)計(jì)要求具有較高的可靠性和靈活性，本風(fēng)電場(chǎng)與阿月、黃家壩風(fēng)電場(chǎng)共用站用電電源，站用電電源取得方式為:站用電系統(tǒng)為一級(jí)0.4kV，站用電接線采用單母線接線方式，一回電源由阿月風(fēng)電場(chǎng)35kV母線經(jīng)過(guò)一臺(tái)接地變壓器引接，兼作廠用變壓器;另一回電源由10kV外來(lái)電源經(jīng)過(guò)一臺(tái)變壓器降壓至0.4kV，兩回電源互為備用。李家壩風(fēng)電場(chǎng)廠用電從阿月風(fēng)電場(chǎng)廠用系統(tǒng)上引接。

2.5 主要電氣設(shè)備選擇

電氣設(shè)備均按正常持續(xù)工作條件選擇，三相短路進(jìn)行校驗(yàn)。

(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具有低電壓穿越能力，即:在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行625ms;并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，保持并網(wǎng)運(yùn)行。

風(fēng)電機(jī)組主要參數(shù)如下:額定功率 2 0 0 0 k W數(shù)量 2 0臺(tái)頻率 5 0 H z額定電壓 6 9 0 V額定電流 1 7 0 7 A功率因數(shù) 0.9 8～1功率調(diào)節(jié)方式 變速變槳切入風(fēng)速 3 m/s額定風(fēng)速 1 0.5 m/s切出風(fēng)速(1 0 m i n平均值) 2 5 m/s

(2)主變壓器。風(fēng)電場(chǎng)采用有載調(diào)壓變壓器，考慮到黃家壩風(fēng)電場(chǎng)與本風(fēng)電場(chǎng)共同經(jīng)一臺(tái)主變壓器升壓后送出，本期選用三相雙繞組有載調(diào)壓油浸式升壓電力變壓器SFZ11－90000/220。

(3)220kV配電裝置。為適應(yīng)升壓站地理?xiàng)l件，風(fēng)電220kV配電裝置采用免維護(hù)、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、性能優(yōu)異的戶外GIS設(shè)備。

(4)35kV配電裝置。為了提高供電可靠性，35kV配電裝置選用金屬封閉戶內(nèi)成套裝置KYN－40.5開(kāi)關(guān)柜，內(nèi)置真空斷路器。

(5)無(wú)功補(bǔ)償。為了提高機(jī)組的功率因數(shù)，要求風(fēng)電機(jī)組制造廠對(duì)機(jī)組功率進(jìn)行補(bǔ)償，其額定功率因數(shù)設(shè)定在0.98。

根據(jù)(Q/GDW 392－2009)《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，在優(yōu)先采用風(fēng)電機(jī)組自身進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，再配置一套動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，考慮到黃家壩風(fēng)電場(chǎng)接入本段35kV母線，根據(jù)四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司提供的《涼山州安寧河谷德昌段風(fēng)電場(chǎng)送出方案研究》，本期在35kV母線上擬裝設(shè)1組容量為18MVar的SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置。

(6)35kV變壓器。為了戶外變壓器安全可靠地運(yùn)行和安裝施工的簡(jiǎn)便，風(fēng)電場(chǎng)選用具有運(yùn)行靈活、操作方便，免維修、價(jià)格性能比優(yōu)越等的箱式變電站。

風(fēng)電場(chǎng)箱式變電站選用油浸式三相雙卷自冷式升壓變壓器，型號(hào)為ZW－2100/10。

(7)接地變壓器。應(yīng)電網(wǎng)公司要求，風(fēng)電場(chǎng)設(shè)置一臺(tái)干式接地變壓器，型號(hào)為 DKSC－1000/38.5。

(8)電力電纜。為了減少電纜數(shù)量，提高電纜載流量，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)高低壓動(dòng)力電纜全部選用線芯允許溫度高、載流量大的阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與箱式變電站低壓側(cè)之間選擇6根ZRYJV－3×240，0.6/1kV電纜，中性點(diǎn)之間采用2根ZR－YJV－1×240，0.6/1kV并聯(lián)連接。

2.6 電氣一次設(shè)備布置

(1)升壓站布置。李家壩風(fēng)電場(chǎng)及阿月風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)同一座220kV升壓站送出，220kV升壓站布置在德昌風(fēng)電場(chǎng)110kV升壓站旁。220kV升壓站布置主要基于以下幾點(diǎn)考慮:一是升壓站220kV出線方便;二是將升壓站布置在相對(duì)平整處，且交通便利，以便電站施工及運(yùn)營(yíng);三是根據(jù)業(yè)主初步意見(jiàn)，為便于對(duì)德昌、阿月、李家壩風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，李家壩風(fēng)電場(chǎng)與阿月風(fēng)電場(chǎng)共用一座升壓站，故在設(shè)計(jì)阿月風(fēng)電場(chǎng)升壓站時(shí)，已經(jīng)為李家壩風(fēng)電場(chǎng)升壓站預(yù)留了足夠的位置。

李家壩220kV升壓站為64m×49m(長(zhǎng)×寬)，主要由220kV升壓站、35kV配電裝置室及SVG室組成，生活樓及辦公室與德昌風(fēng)電場(chǎng)合用。220kV升壓站采用戶外GIS布置，在主變附近布置事故油池;在主變與主變之間，主變與李家壩、黃家壩風(fēng)電場(chǎng)SVG戶外變壓器之間布置防火隔墻;主變與戶外GIS之間留有環(huán)形設(shè)備檢修通道;35kV架空線路終端桿設(shè)置于升壓站西側(cè)及南側(cè);35kV配電裝置室與后墻之間設(shè)置工作通道。中控樓利用德昌風(fēng)電場(chǎng)中控樓的第二層空間，布置有中控室、通信設(shè)備室、通信電源室、計(jì)算機(jī)房和蓄電池室等房間。35kV配電裝置室布置有35kV高壓開(kāi)關(guān)柜室、廠用配電屏室等功能房間。35kV高壓開(kāi)關(guān)柜室尺寸為25.4m×8m(長(zhǎng) ×寬)，層高4.5m;廠用配電屏室尺寸為13.44m×8m(長(zhǎng)×寬)，層高4.5m。此外，升壓站合用德昌風(fēng)電場(chǎng)一期的消防水泵房、消防水池等建筑。

(2)35kV開(kāi)關(guān)柜布置。李家壩風(fēng)電場(chǎng)共有7面35kV開(kāi)關(guān)柜，進(jìn)線及出線側(cè)均采用電纜與外部連接。由于李家壩風(fēng)電場(chǎng)、黃家壩風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)阿月風(fēng)電場(chǎng)升壓站送出，故35kV高壓開(kāi)關(guān)柜放在阿月風(fēng)電場(chǎng)為本期預(yù)留的位置上。

(3)站用配電裝置布置。阿月風(fēng)電場(chǎng)及李家壩風(fēng)電場(chǎng)、黃家壩風(fēng)電場(chǎng)統(tǒng)一裝設(shè)兩臺(tái)容量均為200kVA的變壓器作為站用負(fù)荷的供電，一臺(tái)采用阿月風(fēng)電場(chǎng)35kV母線上配置的接地變壓器兼作廠用變壓器，電壓變比為35±2×2.5/0.4kV;另一臺(tái)為電壓變比10±2×2.5%/0.4kV的油浸式變壓器。干式變壓器布置在廠用配電室內(nèi)，配電室內(nèi)另布置五面低壓配電屏，油浸式變壓器布置在室外。

(4)35kV電容補(bǔ)償裝置布置。根據(jù)接入系統(tǒng)報(bào)告，李家壩風(fēng)電場(chǎng)與黃家壩風(fēng)電場(chǎng)共同配置一臺(tái)18Mvar/35kV的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其戶內(nèi)部分設(shè)一個(gè)獨(dú)立的SVG室，變壓器布置在室外，均布置在阿月風(fēng)電場(chǎng)為本期預(yù)留的位置上。阿月、李家壩及黃家壩風(fēng)電場(chǎng)SVG室為一個(gè)統(tǒng)一的房間，房間為32.6m×5.5m(長(zhǎng)×寬)，層高按4.5m設(shè)計(jì);戶外部分為兩套，包括變壓器和電抗器，阿月風(fēng)電場(chǎng)用一套設(shè)備，李家壩風(fēng)電場(chǎng)和黃家壩風(fēng)電場(chǎng)合用一套設(shè)備，兩套設(shè)備預(yù)留占地均為5m×6.2m(長(zhǎng)×寬)，兩套設(shè)備在與之相鄰的設(shè)備或建筑之間留有設(shè)備檢修通道及防火隔墻。

3 結(jié) 論

本項(xiàng)目位于風(fēng)能較富集的安寧河峽谷，風(fēng)速較大，風(fēng)力穩(wěn)定，具備一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值。本項(xiàng)目建成后，將進(jìn)一步帶動(dòng)和促進(jìn)四川地區(qū)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。