風(fēng)電場集電線路優(yōu)化探討

文／張浩

風(fēng)電場集電線路優(yōu)化探討

文／張浩

經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長帶來對用電需求的持續(xù)增長，國家發(fā)展改革委辦公廳落實的風(fēng)電發(fā)展政策以及市場需求的拉動使風(fēng)電工程建設(shè)市場有了極大的規(guī)模。國家可再生能源信息管理中心《2013年度中國風(fēng)電建設(shè)統(tǒng)計評價報告》顯示：2012年概算單位造價每千瓦9036元，決算單位造價每千瓦7958元，我國風(fēng)電場造價呈逐年下降趨勢。目前風(fēng)電場造價成本中機(jī)組（設(shè)備）約占75%左右，基礎(chǔ)設(shè)施約占20%，其他約占5%。其中風(fēng)電場集電線路的合理性是關(guān)系到整個風(fēng)電場的穩(wěn)定運行、經(jīng)濟(jì)投資以及使用效率的主要因素。通過對幾種常見集電線路的分析，做如下幾個方面的論述。

風(fēng)電機(jī)組布置與集電線路的關(guān)系

風(fēng)電機(jī)組的合理布置對整個風(fēng)電場的發(fā)電量、場內(nèi)連接電纜線路投資、場內(nèi)電纜線路的長度、場內(nèi)線路的電能損失有很重要的作用。風(fēng)電機(jī)組的布置需達(dá)到風(fēng)電機(jī)組各臺發(fā)電量最大，尾流影響最小的排列方式，根據(jù)現(xiàn)已建成的49.5MW風(fēng)電場場址區(qū)域的風(fēng)能資源條件、地形條件，一般以行距（葉片直徑的4－8倍)和列距(葉片直徑的6－10倍)組合方式排列。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膯我皇⑿酗L(fēng)向或多風(fēng)向，風(fēng)電機(jī)組一般按矩陣式排布和分散式排布。方案如圖1所示。

風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組的布置影響著集電線路路徑的曲折程度和分支線的多少。按現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，風(fēng)電機(jī)組單臺容量一般在2MW左右，風(fēng)電機(jī)組出口電壓經(jīng)箱變升至35kV后經(jīng)集電線路最終進(jìn)入升壓站。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的布置方式不同確定集電線路主干線的回路數(shù)，機(jī)電線路的回路數(shù)決定了集電線路路徑的長短以及導(dǎo)線截面的大小,直接影響著整個工程的總投資。下面結(jié)合已建成的49.5MW風(fēng)電場集電線路的設(shè)計，對集電線路優(yōu)化和電能損耗進(jìn)行淺析。

工程案例分析

已建成的49.5MW風(fēng)電場位于新疆吐魯番地區(qū)，安裝33臺單機(jī)容量1.5MW的風(fēng)電機(jī)組，場址的海拔高度約在390m－500m，場地開闊，地勢平坦。風(fēng)電機(jī)組布置及集電線路路徑圖如圖2所示。

圖2 49.5MW風(fēng)電場集電線路路徑示意圖（方案一已建成）

35kV線路共分3回進(jìn)線，分別為一線，二線和三線，均為單回路，一線接4#－9#、15#－19#風(fēng)電機(jī)組，二線接1#－3#、12#－14#、25#－29#，共11臺風(fēng)電機(jī)組，三線接10#－11#、20#－24#、30#－33#，共11臺風(fēng)電機(jī)組。其中主干線3條，支干線8條。集電線路亙長14.634km。其中LGJ－120/25線路亙長8.583km，LGJ－185/30線路亙長6.051km。LGJ－120/25導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)輸送容量為11.9MVA，最大載流量260A(工作溫度70℃時）。LGJ－185/30導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)輸送容量為18.4MVA，最大載流量370A(工作溫度70℃時，最大負(fù)荷利用小時數(shù)＜3000h）。導(dǎo)線使用情況及長度以及桿塔型號數(shù)量如表1所示。

該布置35kV線路共分3回進(jìn)線，分別為一線，二線和三線，均為單回路，一線接30#－33#、20#－24#、25#－29#風(fēng)電機(jī)組，二線接10#－19#，共10臺風(fēng)電機(jī)組，南線接1#－9#共9臺風(fēng)電機(jī)組。其中主干線3條，支干線1條。集電線路亙長11.55km。其中LGJ－120/25線路亙長2.85km，LGJ－185/30線路亙長5.72km。LGJ－240/30線路亙長2.98km。LGJ－240/30導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)輸送容量為24MVA，最大載流量440A(工作溫度70℃時）導(dǎo)線使用情況、長度以及桿塔型號數(shù)量如表2所示。

結(jié)語

通過以上案例可以看出，風(fēng)電場集電線路的合理布置對整個工程的造價影響是很大的。現(xiàn)對集電線路的優(yōu)化進(jìn)行以下總結(jié)：

圖3 小草湖49.5MW風(fēng)電場集電線路路徑示意圖（方案二優(yōu)化后）

表1 導(dǎo)線使用情況、長度以及桿塔型號數(shù)量

（1）通過小草湖風(fēng)電場的布局，不難看出升壓站的站址位置，直接影響到整個集電線路的走向及其布置，因此在風(fēng)電場經(jīng)過宏觀選址后，應(yīng)結(jié)合選址報告和相關(guān)風(fēng)電機(jī)組的布置方案以及當(dāng)?shù)卣块T的土地規(guī)劃，擬定升壓站的站址位置；

（2）選擇集電線路路徑應(yīng)認(rèn)真對風(fēng)電場的整個布局進(jìn)行研究，反復(fù)勘測，本著線路安全可靠、投資經(jīng)濟(jì)合理，避讓建筑物等，綜合考慮施工、運行、維護(hù)、環(huán)保等原則，確定可行性路徑方案。盡量減少主干線和分支線的回路數(shù)；

（3）在桿塔和基礎(chǔ)選型方面應(yīng)做到根據(jù)不同的地形選型，做到線路運行安全，節(jié)省廊道資源，不影響整個風(fēng)電場的布局的情況下選擇不同的桿塔型號和基礎(chǔ)形式，在地勢平坦地區(qū)可用鋼筋混泥土水泥桿，在廊道和土地資源比較緊缺的地區(qū)采用同桿或同塔進(jìn)行雙回或三回架設(shè)。在山區(qū)可采用桿塔混合的方式，盡量減少電纜的用量，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)積極引進(jìn)新型基礎(chǔ)（如巖石錨桿基礎(chǔ)、無張力灌注樁基礎(chǔ)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)等）的應(yīng)用，減少開挖及鋼筋混泥土的用量節(jié)省工程投資；

（4）導(dǎo)線截面的選擇，導(dǎo)線的費用投資約占整個工程投資成本的10%左右，因此在技術(shù)成熟的條件下對同一回路，逐段不同容量采用經(jīng)濟(jì)的、不同截面的導(dǎo)線組合很有必要。一般在整個工程中選用最多三種型號的導(dǎo)線為宜，過多的導(dǎo)線型號會增加工程的施工難度，而且對后期線路的運行維護(hù)也會帶來不便。

表2 LGJ-240/30導(dǎo)線使用情況、長度及桿塔型號數(shù)量

表3 方案一與方案二經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）