天堂界風(fēng)電場電氣一次設(shè)計

宋均琪　崔東浩

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天堂界風(fēng)電場電氣一次設(shè)計

宋均琪崔東浩

摘要介紹了華潤貴州天堂界風(fēng)電場35 kV集電線路及110 kV升壓站電氣一次設(shè)計特點。詳細(xì)論述了中高山地、重覆冰區(qū)架空線路和電纜線路的優(yōu)缺點，說明了升壓站電氣主接線方案，主要設(shè)備選擇，防雷接地設(shè)計等，對類似工程具有參考意義。

關(guān)鍵詞電氣主接線集電線路無功補償過電壓保護(hù)天堂界風(fēng)電場

1　工程概況

華潤貴州天堂界風(fēng)電場工程，位于貴州省黔東南州劍河縣東北部，海拔高度在1 000～1 600 m，屬中高山地風(fēng)電場。風(fēng)電場大體由4條山脊組成，山脊較窄，山脊走向大體為東西或東北—西南走向，場內(nèi)植被茂密，林地密布，山脊區(qū)域多為高山草地。根據(jù)風(fēng)電場內(nèi)測風(fēng)塔分析，80 m高度年平均風(fēng)速為6.9 m/s，年平均風(fēng)功率密度為289.9 W/ m2，80 m高度主風(fēng)向為SSW、SW、ENE。該地區(qū)冰凍災(zāi)害發(fā)生頻率高，危害大。

風(fēng)電場規(guī)劃總裝機為97.5 MW，一期天堂界風(fēng)電場安裝33臺1 500 kW風(fēng)力發(fā)電機組，二期老山界風(fēng)電場安裝24臺2 000 kW風(fēng)力發(fā)電機組，風(fēng)電場分期開發(fā)。天堂界風(fēng)電場發(fā)電機出口電壓為0.69 kV，經(jīng)箱變升壓至35 kV，33臺風(fēng)機分為3組，每組風(fēng)機匯流組成1條集電線路，分別經(jīng)35 kV電纜線路接入升壓站35 kV兩段母線，經(jīng)主變升壓后通過1回110 kV架空線路送至劍河變，線路長度約20 km。

2　風(fēng)電場集電線路

風(fēng)電場一期工程共安裝33臺金風(fēng)93系列1 500 kW的風(fēng)電機組，為保證供電可靠性，減少電能損耗，本工程采用一機一變的方式，從0.69 kV升壓到35 kV后接入場內(nèi)電纜集電線路的方案，35 kV側(cè)采用聯(lián)合單元接線，將風(fēng)機-箱變分為3組。

貴州省是我國冰災(zāi)最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，根據(jù)氣象資料及貴州輸電線路運行資料可知，天堂界風(fēng)場區(qū)域30年一遇標(biāo)準(zhǔn)冰厚為20 mm。2008年冰災(zāi)時，覆冰超過30 mm，本區(qū)域10 kV和35 kV架空線路多處受損，是貴州省受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)之一。

風(fēng)電場建設(shè)區(qū)內(nèi)氣候?qū)儆趤啛釒駶櫆睾托蜌夂?，年平均氣?5.3℃，年極端最高氣溫為35.1℃，年極端最低氣溫為-7.3℃。冬季以東北風(fēng)和環(huán)流氣流為主，水氣充足，濕度較大，會導(dǎo)致較大范圍的降雨和降雪。風(fēng)機大都布置在山包、山脊的高點，覆冰厚度也隨之增加。根據(jù)現(xiàn)場查勘，線路經(jīng)過地段存在形成窄管效應(yīng)的埡口等微地形。采用架空線路主要有以下缺點：（1）重覆冰區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高，線路造價較高；（2）重覆冰區(qū)架空線路導(dǎo)線宜采用水平排列，在兩回線路徑重合情況下，線路路徑加大；（3）風(fēng)機分布較為分散，地形起伏較大，線路轉(zhuǎn)角很多；（4）山脊較窄，部分區(qū)域選線走向困難；（5）秋冬季集電線路所處地區(qū)常被濃霧包圍，一旦發(fā)生導(dǎo)線覆冰事故，不能及時發(fā)現(xiàn)并對覆冰線路進(jìn)行有效的除冰處理；（6）當(dāng)線路出現(xiàn)斷線及短路問題后，不能及時對斷線點進(jìn)行檢修，因此，不能保證集電線路安全運行的穩(wěn)定性要求。

經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)比較，由于氣象、地形等因素，架空線路重覆冰、轉(zhuǎn)角多、鐵塔加重，都增加了該方案的造價，并且不利于日后的集電線路的安全穩(wěn)定運行。全電纜線路具有運行維護(hù)費用低，運行故障率低的特點。本工程選擇全電纜方案，根據(jù)機組容量及布置位置選用ZR-YJLV32-35 kV-3×95～3×300等不同截面的電力電纜。具體接線方案為：33臺風(fēng)機共分為3組，分別為：第1組共10臺1 500 kW風(fēng)機，總?cè)萘繛?5 MW，線路長度約為12.5 km。第2組共12臺1 500 kW風(fēng)機，總?cè)萘繛?8 MW，線路長度約為10 km。第3組共11臺1 500 kW風(fēng)機，總?cè)萘繛?6.5MW，線路長度約為20 km。

3　110kV升壓站接入系統(tǒng)及電氣主接線

3.1接入系統(tǒng)方式

根據(jù)貴州電網(wǎng)公司 《關(guān)于華潤貴州劍河天堂界風(fēng)電場1×49.5 MW工程接入系統(tǒng)設(shè)計審查的意見》及《華潤貴州天堂界風(fēng)電場（1×49.5 MW）工程接入系統(tǒng)設(shè)計》報告，考慮到兩期工程，升壓站內(nèi)設(shè)置2臺50 MW升壓變壓器，以110 kV電壓等級接入系統(tǒng)，最終出線1回接入劍河110 kV變電站，線路長約20 km，導(dǎo)線截面選用1×240 mm2。風(fēng)電場最大出力為39.6 MW。

3.2電氣主接線

根據(jù)批復(fù)的接入系統(tǒng)方案，電氣主接線設(shè)計如下：

（1）35 kV側(cè)接線方式：天堂界風(fēng)電場35 kV母線與老山界風(fēng)電場35 kV母線組成單母線分段接線方式。

（2）110 kV側(cè)接線方式：升壓站110 kV側(cè)2回進(jìn)線，1回出線，采用簡單、可靠、實用的單母線接線方式。

3.3站用電系統(tǒng)

由于本風(fēng)電場位于貴州電網(wǎng)的薄弱地帶，處于電網(wǎng)的邊緣，交通極為不便，站用電設(shè)計要求具有較高的可靠性和靈活性。站用電電源取得方式為：本期35 kV母線上接所用變壓器作為站用電電源，另將10 kV施工用臨時用電在升壓站建成后作為備用電源，2臺變壓器為全容量備用。另外設(shè)置1臺50 kW柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源。經(jīng)負(fù)荷統(tǒng)計計算，2臺站用變?nèi)萘窟x擇500 kVA。

4　主要電氣設(shè)備選擇

4.1短路電流計算

根據(jù)接入系統(tǒng)設(shè)計單位提供的接入系統(tǒng)參數(shù)及風(fēng)機廠家提供的發(fā)電機參數(shù)，經(jīng)計算，升壓站110 kV側(cè)三相短路電流為7.38 kA，35 kV側(cè)三相短路電流為10.17 kA。

4.2外絕緣修正

考慮風(fēng)電場地區(qū)空氣污穢按Ⅲ級設(shè)計，要求屋外電氣設(shè)備按2.5 cm/kV爬電比距（對應(yīng)系統(tǒng)最高電壓）計算其外絕緣水平。

本風(fēng)電場開關(guān)站海拔為1 500 m的較高海拔地區(qū)，按海拔修正其外絕緣及有關(guān)電氣距離，其試驗電壓的修正系數(shù)為K=1.053。

考慮到海拔修正等因素，本變電站采用2.5 cm/kV（按最高電壓）防污等級，電氣設(shè)備電瓷外絕緣最小爬電距離，110 kV應(yīng)不小于3 317 mm，35 kV應(yīng)不小于921 mm。

4.3主變壓器

本工程主變壓器選用三相、雙繞組、低損耗（S11型）、低噪音、免維護(hù)、有載調(diào)壓電力變壓器。主要技術(shù)參數(shù)為：

型號SZ11-50000/110

額定電壓/kV110±8×1.25%/35

接線組別YNd11

阻抗電壓Uk/%10.5

冷卻方式自冷

4.4110 kV HGIS組合電器

結(jié)合地形條件，為節(jié)約投資，控制升壓站的占地面積，減少土建開挖及填方量，110 kV開關(guān)設(shè)備選用戶外半封閉式SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備 （HGIS）。110 kV配電裝置布置采用HGIS、管母線、雙列、單母線布置方式，共計4個間隔?？紤]到HGIS設(shè)備的制造水平，主要技術(shù)參數(shù)為：

額定電壓/kV126

額定電流/A2 000

額定短路開斷電流/kA40

額定峰值耐受電流/kA100

4.535 kV配電裝置

為提高供電可靠性，35 kV配電裝置選用金屬封閉戶內(nèi)成套裝置KYN-40.5開關(guān)設(shè)備，柜內(nèi)配置真空或SF6斷路器（SVG饋線柜）。

4.6無功補償裝置

根據(jù) 《風(fēng)力發(fā)電廠接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，電網(wǎng)無功補償應(yīng)按分（電壓）層分（電）區(qū)基本平衡的原則進(jìn)行配置和運行。配置的容性無功容量包括風(fēng)電場集電系統(tǒng)及主變壓器的感性無功損耗，送出線路一半的感性無功損耗；配置的感性無功容量包括送出線路一半的充電無功功率。根據(jù)貴州省送變電工程公司提供的 《劍河天堂界風(fēng)電場110 kV送出工程可行性研究報告》，本期在35 kV母線上裝設(shè)±9 Mvar的降壓型SVG無功補償裝置。

4.7接地變電阻成套裝置

本工程35 kV網(wǎng)絡(luò)電容電流應(yīng)包括電纜線路、變壓器以及母線和開關(guān)設(shè)備等。經(jīng)計算，35 kV開關(guān)柜 I段母線所接電力電纜線路和變壓器等設(shè)備的總電容電流約為120 A。

根據(jù)DL/T 620《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》的規(guī)定，電容電流值大于10 A，需裝設(shè)中性點接地設(shè)備。本工程選用經(jīng)電阻接地方式，35 kV接地變壓器選擇DKSC-1250/35型干式變壓器，電阻選擇50.5 Ω，電阻材質(zhì)為不銹鋼合金。

5　防雷與過電壓保護(hù)

5.1風(fēng)電場防雷接地

風(fēng)機接地裝置采用基礎(chǔ)接地和人工接地的復(fù)合接地體，每臺風(fēng)力發(fā)電機組獨立敷設(shè)復(fù)合接地體，風(fēng)力發(fā)電機組與箱變共用復(fù)合接地網(wǎng)，接地電阻按小電流接地系統(tǒng)接地要求設(shè)計，接地電阻R≤4 Ω。

5.2升壓站防雷接地

110kV升壓變電站設(shè)置4棵30 m高的避雷針，作為變電站內(nèi)的防直擊雷保護(hù)。全站設(shè)置以水平接地體為主，垂直接地體為輔且邊緣閉合的復(fù)合接地網(wǎng)。根據(jù)短路電流計算成果，考慮分流系數(shù)后的入地短路電流為1.3 kA，按照有效接地的接地電阻要求，接地按大電流接地系統(tǒng)要求，接地電阻，接地電阻按照R=0.5 Ω設(shè)計，滿足規(guī)范要求。主接地網(wǎng)采用60 mm×6 mm鍍鋅扁鋼，與設(shè)備相連的接地網(wǎng)采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼，垂直接地極采用63 mm×63 mm×6 mm鍍鋅角鋼。

5.3過電壓保護(hù)

為防止由線路雷電侵入波以及雷電感應(yīng)過電壓和斷路器操作時的過電壓對電氣設(shè)備的損壞，在以下各處裝設(shè)避雷器：110 kV輸電線路出線端、110 kV及35 kV的兩級電壓母線；110 kV主變壓器高壓側(cè)中性點；35 kV電纜饋線終端；35 kV真空（SF6）斷路器柜。35 kV母線電壓互感器柜內(nèi)加裝HYRII-35型一次消諧器。

中圖分類號TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識碼B

文章編號1007-6980（2016）01-0034-02

作者簡介

宋均琪男工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津300222

崔東浩男工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津300222

收稿日期（2015-11-10）