風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程集電線路設(shè)計(jì)

高林濤，張偉，盧成志，董暢

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程集電線路設(shè)計(jì)

高林濤，張偉，盧成志，董暢

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

根據(jù)山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，利用風(fēng)機(jī)移位的方式來(lái)提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量。介紹了集電線路方案的選擇、線路路徑的確定、電纜上塔平臺(tái)的設(shè)計(jì)以及電纜敷設(shè)中需要注意的問(wèn)題，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。通過(guò)集電線路設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)移位工程的可行性和合理性，為風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目提供了工程依據(jù)。

風(fēng)電場(chǎng)；風(fēng)機(jī)移位；集電線路；電纜敷設(shè)

0 引言

山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)位于大同市廣靈縣，總裝機(jī)容量為150MW，分別為甸頂山一期（49.5MW）、甸頂山二期（49.5MW）和甸頂山三期（49.5MW）。廣靈甸頂山一、二期已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電，2012年6月至2013年5月一年利用小時(shí)數(shù)分別是2188h、1424h。其中，二期41#、47#風(fēng)機(jī)2012年6月至2013年5月間利用小時(shí)數(shù)分別是949h、680h，遠(yuǎn)低于二期平均水平。通過(guò)統(tǒng)計(jì)廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)二期風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)間與2013至2015年各臺(tái)發(fā)電量，并根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)3座測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)風(fēng)速序列，參考廠家給出的風(fēng)機(jī)功率曲線，進(jìn)行發(fā)電量理論計(jì)算，對(duì)二期風(fēng)機(jī)理論發(fā)電量與實(shí)際值做單臺(tái)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：廣靈甸頂山二期2012年6月至2013年5月發(fā)電量較低，是由于風(fēng)機(jī)功率曲線未達(dá)到設(shè)計(jì)值，而41#、47#風(fēng)機(jī)發(fā)電量低于全場(chǎng)平均值是由于風(fēng)資源較差于周?chē)L(fēng)機(jī)。

因此提出通過(guò)風(fēng)機(jī)移位的方式來(lái)提高41#、47#風(fēng)機(jī)發(fā)電量。針對(duì)山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理選擇集電線路方案，優(yōu)化確定線路路徑及塔架設(shè)計(jì)，正確處理線路實(shí)施方案中遇到的問(wèn)題，從而達(dá)到提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量的目的。

1 集電線路方案的選擇

1.1 架空線路

架空線路是一種應(yīng)用成熟廣泛的輸電方式，可靠性較高，安全性良好，并且這種輸電方式的造價(jià)相對(duì)經(jīng)濟(jì)[1]。對(duì)于山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)工程而言，氣象條件對(duì)架空線路有較大的影響，由于采用架空線，導(dǎo)線裸露在空氣中，受周?chē)h(huán)境影響較大。工程場(chǎng)地有覆冰現(xiàn)象，勢(shì)必會(huì)對(duì)架空線路造成影響，容易發(fā)生導(dǎo)線、地線拉斷事故，需要采取相關(guān)措施，如加大導(dǎo)線的鋼芯截面、減小檔距等，進(jìn)而增加工程投資[2-5]。另一方面，每臺(tái)移位風(fēng)機(jī)的分支線路需要并入主集電線路，由于并入點(diǎn)的鐵塔是雙回路鐵塔，在分支導(dǎo)線接入主集電線路時(shí)會(huì)有交叉跨越，不能保證足夠的電氣安全距離。

1.2 電纜線路

對(duì)于電纜線路而言，采用直埋電纜敷設(shè)，電纜線路埋設(shè)在地下，不受周?chē)鷼庀蟓h(huán)境的影響，能夠使集電線路運(yùn)行期間發(fā)生故障的概率大大降低。由于電纜線路敷設(shè)在地下，因此很少會(huì)發(fā)生雷擊情況，防雷接地較為簡(jiǎn)單，電纜線路接地費(fèi)用相對(duì)較低[6-8]。同時(shí)，日常的維護(hù)和檢修也較為方便、直接，主要對(duì)電纜中間接頭和電纜終端進(jìn)行檢查即可。另外，電纜線路基本上沿風(fēng)電場(chǎng)道路敷設(shè)，可充分利用風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)施工道路進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)來(lái)完成施工作業(yè)。整體施工安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，施工的周期時(shí)間也大大縮短[9,10]。

綜上所述，根據(jù)甸頂山風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，工程選用電纜線路作為集電線路敷設(shè)方式。每條線路以電纜敷設(shè)的方式進(jìn)行施工，移位之后的風(fēng)機(jī)自箱變電纜引出后通過(guò)直埋電纜敷設(shè)至離風(fēng)機(jī)最近的鐵塔，然后并入風(fēng)機(jī)原先所在回路的架空線路中。

2 集電線路設(shè)計(jì)

2.1 電纜線路路徑

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程共涉及A、B兩條電纜線路，共2臺(tái)風(fēng)機(jī)，41#風(fēng)機(jī)移位至B11點(diǎn)，47#風(fēng)機(jī)移位至B10點(diǎn)。每條線路連接一臺(tái)風(fēng)機(jī)，電纜型號(hào)是YJV23-26/35-3×50mm2型電纜。其中：

新建A線電纜路徑總長(zhǎng)為90m，路徑為B11-N3鐵塔；

新建B線電纜路徑總長(zhǎng)為110m，路徑為B10-N5鐵塔。

A線、B線集電線路均為電纜敷設(shè)方式，41#、47#風(fēng)機(jī)移位之后自箱變電纜引出后通過(guò)直埋電纜敷設(shè)至離風(fēng)機(jī)最近的N3、N5鐵塔，然后并入風(fēng)機(jī)原來(lái)所在回路的架空線路中。

其中，移位之后的B11風(fēng)機(jī)通過(guò)A線電纜敷設(shè)至鐵塔N3，由于移位之前的41#風(fēng)機(jī)所在回路為第一回路，因此B11風(fēng)機(jī)仍然并入第一回路，鐵塔N3靠近B11風(fēng)機(jī)的一側(cè)回路為第一回路，故電纜引上塔到這條回路。

移位之后的B10風(fēng)機(jī)通過(guò)B線電纜敷設(shè)至鐵塔N5，由于移位之前的47#風(fēng)機(jī)所在回路為第二回路，因此B10風(fēng)機(jī)仍然并入第二回路，鐵塔N5靠近B10風(fēng)機(jī)的一側(cè)回路為第二回路，故電纜引上塔到這條回路。風(fēng)機(jī)移位之后的電纜路徑如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)移位電纜路徑圖

2.2 電纜上塔平臺(tái)設(shè)計(jì)

由每臺(tái)風(fēng)機(jī)的升壓箱變引出單回單根電纜直埋敷設(shè)至鄰近的N3、N5鐵塔，電纜選用YJV23-26/35-3× 50mm2電力電纜。原始N3、N5鐵塔如圖2、圖3所示。

針對(duì)甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程設(shè)計(jì)了電纜上塔平臺(tái)，平臺(tái)距地面高6m，通過(guò)將電纜上塔平臺(tái)安裝在鐵塔上，大大提高了電纜頭的安全可靠性，同時(shí)這種高度的電纜平臺(tái)不易遭到破壞，也方便每個(gè)回路的檢修和維護(hù)。

圖2 N3鐵塔原始圖

圖3 N5鐵塔原始圖

山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)原電纜上塔方式為通過(guò)跌落保險(xiǎn)與集電線路主回路連接，但是這種接法在甸頂山風(fēng)電場(chǎng)故障頻發(fā)，因此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，風(fēng)機(jī)移位工程將跌落保險(xiǎn)更換為跳線，且通過(guò)并溝線夾直接連接到主回路。電纜上塔平臺(tái)如圖4、圖5所示。

3 電纜敷設(shè)需注意的問(wèn)題

3.1 電纜的敷設(shè)方式

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程電纜大部分采用直埋敷設(shè)方式，經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)平臺(tái)和道路時(shí)采用直埋加保護(hù)管的敷設(shè)方式，保護(hù)管內(nèi)徑不小于電纜外徑的1.5倍。電纜敷設(shè)路徑總體原則是沿場(chǎng)內(nèi)道路敷設(shè)，全部電纜盡可能沿道路的一側(cè)敷設(shè)，進(jìn)而減少道路穿越及電纜穿保護(hù)管。道路一側(cè)帶排水溝，盡量沿不帶排水溝一側(cè)敷設(shè)，以減少工程開(kāi)挖量。

3.2 直埋電纜敷設(shè)要求

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程采用直埋電纜敷設(shè)方式，埋深需不小于0.8m。直埋電纜上下緊鄰側(cè)鋪以不少于100mm厚度的軟土或細(xì)砂，上方0.3m處加電纜保護(hù)板保護(hù)，保護(hù)板采用鋼筋混凝土預(yù)制，兩側(cè)保護(hù)板向外延伸需不小于50mm，保護(hù)板上應(yīng)鋪醒目電纜表示帶。各處電纜轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)彎半徑都不小于電纜直徑的15倍，每隔30-40m和轉(zhuǎn)彎處均在顯著位置埋設(shè)標(biāo)志樁。電纜敷設(shè)斷面圖如圖6所示。

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程敷設(shè)電纜至鄰近鐵塔過(guò)程中存在山坡地形，當(dāng)坡度超過(guò)25°時(shí)，需要對(duì)敷設(shè)電纜用錨固角鋼進(jìn)行固定，甸頂山風(fēng)電場(chǎng)工程采用錨固角鋼的型號(hào)為L(zhǎng)40×3×450，錨固角鋼的錨固深度不小于250mm，如錨固處為巖石，則錨固深度不小于150mm，錨入巖石用混凝土封固。在地形坡度是25° -35°時(shí)，每間隔6-8m設(shè)置一處進(jìn)行固定；在地形坡度達(dá)到35°-45°時(shí)，每間隔5-6m設(shè)置一處；當(dāng)?shù)匦纹露仁?5°以上時(shí)，每間隔3-4m設(shè)置一處。錨固角鋼安裝圖如圖7所示。

3.3 接地

圖4 N3鐵塔電纜上塔示意圖

圖5 N5鐵塔電纜上塔示意圖

圖6 電纜敷設(shè)斷面圖

圖7 錨固角鋼安裝圖

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程中電纜引上塔的平臺(tái)安裝避雷器1組，型號(hào)為：YHW51/134（帶在線監(jiān)測(cè)儀）。其中避雷器接地采用RV-25絞線與桿塔接地裝置良好連接，雷雨季節(jié)干燥時(shí)的接地電阻不大于10Ω。

3.4 光纜

對(duì)于甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程，新建光纜包括每臺(tái)風(fēng)機(jī)至箱變、風(fēng)機(jī)至鐵塔之間的普通埋地光纜，其中風(fēng)機(jī)至箱變光纜型號(hào)為GYFTA53-8B1，風(fēng)機(jī)至鐵塔間光纜型號(hào)為GYFTA53-16B1。

直埋線路光纜采用GYFTA53型鎧裝光纜，光纜直埋引入風(fēng)機(jī)，光纖總芯數(shù)為16芯。引入箱變的GYFTA53光纜，引自風(fēng)機(jī)，光纖總芯數(shù)為8芯。引入風(fēng)機(jī)及箱變的GYFTA53光纜需要鎧裝良好接地。

4 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

4.1 資金來(lái)源籌措

山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位項(xiàng)目靜態(tài)投資為673.43萬(wàn)元，建設(shè)期利息為5.67萬(wàn)元，不計(jì)列流動(dòng)資金，項(xiàng)目總投資是靜態(tài)投資、建設(shè)期利息與流動(dòng)資金的總和，為679.10萬(wàn)元。

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位項(xiàng)目為利用國(guó)內(nèi)銀行貸款項(xiàng)目，項(xiàng)目建設(shè)資金由資本金和內(nèi)資貸款組成，資本金占總投資的20%，為131.90萬(wàn)元。利用國(guó)內(nèi)銀行長(zhǎng)期貸款額度為527.59萬(wàn)元，其中建設(shè)期利息為5.67萬(wàn)元，年利率為6.52%，按照等額還本利息照付進(jìn)行還款，還款期15a。

4.2 清償能力分析

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位項(xiàng)目可用于還貸的資金來(lái)源為發(fā)電利潤(rùn)、折舊費(fèi)和短期借款。

在工程建設(shè)投資借款償還過(guò)程中，首先利用還貸折舊償還貸款，剩余部分利用未分配利潤(rùn)償還，折舊還貸比例取100%。甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位項(xiàng)目能夠按期還本付息。

4.3 盈利能力分析

甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)期按16a計(jì)算，以風(fēng)電電價(jià)0.61元/kWh（含稅）進(jìn)行財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)，主要財(cái)務(wù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

項(xiàng)目自有資金內(nèi)部收益率為73.29%，具有非常好的盈利能力。

4.4 敏感性分析

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，測(cè)算固定資產(chǎn)投資、上網(wǎng)電量及電價(jià)等不確定因素單獨(dú)變化時(shí)，對(duì)投資回收期、全部投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率及資本金內(nèi)部收益率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)敏感性分析表可知，甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

5 結(jié)語(yǔ)

山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目為風(fēng)機(jī)移位工程，利用風(fēng)機(jī)移位的方式來(lái)提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量。在綜合考慮發(fā)電量、道路、集電線路等條件的情況下，最終確定B10、B11點(diǎn)位，其利用小時(shí)數(shù)分別是2050h、1850h。廣靈二期41#、47#風(fēng)機(jī)移位至一期B10、B11位置后，會(huì)對(duì)周邊風(fēng)機(jī)發(fā)電量產(chǎn)生影響，經(jīng)過(guò)計(jì)算，風(fēng)機(jī)移位后廣靈一、二期整體發(fā)電量提升3114MWh，移位風(fēng)機(jī)平均每臺(tái)年利用小時(shí)數(shù)增加944h。按照風(fēng)電有關(guān)財(cái)稅規(guī)定和相關(guān)投資項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)辦法，對(duì)增量投資進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，資本金內(nèi)部收益率為73.29%，經(jīng)濟(jì)效益好。

通過(guò)架空線路和電纜線路的對(duì)比，采用了電纜敷設(shè)的方式進(jìn)行施工。合理的選擇線路路徑，電纜線路沿風(fēng)電場(chǎng)道路敷設(shè)，可充分利用風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)施工道路完成作業(yè)。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況設(shè)計(jì)了電纜上塔平臺(tái)，整體施工安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，施工的周期較短，日常的維護(hù)和檢修也較為方便、直接。通過(guò)山西廣靈甸頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)移位工程的集電線路設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)移位的可行性和合理性，給風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目提供了工程依據(jù)，具有一定的工程實(shí)際意義。

表1 財(cái)務(wù)指標(biāo)匯總表

表2 敏感性分析表

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修回日期：2016-10-11

Design of Electric Transmission Line of Wind Turbines Shift Engineering in Wind Farm

GAO Lin-tao，ZHANG Wei，LU Cheng-zhi，DONG Chang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

According to the actual situation in Shanxi Guangling Dianding mountain wind farm,it uses the wind turbines shift engineering to improve the wind turbine power generation.This paper introduces the selection of the scheme of electric transmission line, line route determination, the design of platform for cable climbing the tower and problems to be focused in cable laying, and carries out economic evaluation of the project. By the design of electric transmission line,it verifies the feasibility and rationality of the wind turbines shift engineering and provides engineering basis for wind farm project.

wind farm；wind turbines shift engineering；electric transmission line；cable laying

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.014

TM315

B

2095-3429（2016）06-0050-05

高林濤（1988-），男，河南南陽(yáng)人，工學(xué)碩士，工程師，主要從事輸變電設(shè)計(jì)研究工作。

2016-08-17