海島電力工程并網(wǎng)接入的分析與設(shè)計(jì)

李 懿，吳侃侃，李一男

(1.國(guó)網(wǎng)舟山供電公司，浙江 舟山 316021；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310008)

隨著國(guó)家“一帶一路”建設(shè)戰(zhàn)略的落地實(shí)施，海洋經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展，沿海島嶼與港口開(kāi)放和開(kāi)發(fā)加速，以船舶修造、石油儲(chǔ)運(yùn)和中轉(zhuǎn)物流等為代表的臨港產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，蓬勃興起。電力工業(yè)是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的重要能源保證。海洋專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍的逐漸擴(kuò)大，各類活動(dòng)的日益增多，勢(shì)必對(duì)海島電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提出更高的要求。

一般而言，海島電網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型和離網(wǎng)型兩大類。聯(lián)網(wǎng)型電網(wǎng)輸送分配能力強(qiáng)，對(duì)系統(tǒng)可靠性要求高，適用于大型島嶼或群島地區(qū)，通過(guò)架空大跨越線路或海底電力電纜與大陸電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，比如±200 kV舟山五端柔性直流輸電工程和500 kV海南跨海交流聯(lián)網(wǎng)工程等。離網(wǎng)型電網(wǎng)普遍規(guī)模較小，在遠(yuǎn)離大陸的偏遠(yuǎn)島嶼較為常見(jiàn)，例如我國(guó)的南沙和西沙地區(qū)。該型電網(wǎng)利用島上原有的柴油發(fā)電機(jī)和輸配電系統(tǒng)，將海上風(fēng)電、太陽(yáng)能光伏等可再生能源發(fā)電設(shè)施和蓄電池儲(chǔ)能裝置有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成全新的智能微電網(wǎng)。

開(kāi)展對(duì)海島電力工程并網(wǎng)接入的分析與設(shè)計(jì)，探索發(fā)現(xiàn)其中的建設(shè)難點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)規(guī)律，對(duì)提高電網(wǎng)生產(chǎn)精益化管理和推動(dòng)海洋能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展均具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

1 海島電網(wǎng)基本概況

1.1 區(qū)位特點(diǎn)與氣象環(huán)境

舟山位于浙江東北部，處于沿海運(yùn)輸大通道和長(zhǎng)江沿江經(jīng)濟(jì)帶交匯點(diǎn)，由1 390個(gè)島嶼組成，是我國(guó)著名的漁場(chǎng)和旅游勝地，也是第一個(gè)國(guó)家級(jí)群島新區(qū)。舟山群島海域隸屬寧波舟山港區(qū)，地處長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶與沿海運(yùn)輸國(guó)際通道交匯點(diǎn)，境內(nèi)深水良港眾多，航道縱橫，江海聯(lián)運(yùn)，往來(lái)業(yè)務(wù)繁忙。

舟山群島全年呈現(xiàn)北亞熱帶南緣季風(fēng)海洋型氣候特征，溫暖濕潤(rùn)，冬暖夏涼，光照充足，但在夏季較易受臺(tái)風(fēng)和雷暴天氣侵襲,并時(shí)常伴有伏旱，冬季多濃霧和寒潮大風(fēng)。

在舟山地區(qū)，電力設(shè)施多在各島嶼之間跨海而建，受到風(fēng)暴潮霧等惡劣氣象環(huán)境影響和過(guò)往船只錨泊損害的幾率較大。做好海島電網(wǎng)施工和運(yùn)維工作，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行任務(wù)繁重而艱巨[4-7]。

1.2 冊(cè)子島電網(wǎng)條件

冊(cè)子島位于舟山群島西部，南北長(zhǎng)5.5 km，東西寬2.46 km，臨港工業(yè)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)。島上現(xiàn)已建有系統(tǒng)變電站1座(35 kV冊(cè)子變)，用戶變電站3座(正和變、南洋變和中石化變)。冊(cè)子變通過(guò)同塔雙回跨海輸電線路(岑子線和港冊(cè)線)與110 kV岑港變電站相連。冊(cè)子島上無(wú)獨(dú)立電源點(diǎn)，岑港變?yōu)槿珝u電能輸入唯一通道。

在冊(cè)子島，岑子線T接入正和變(正和支線)，承擔(dān)對(duì)正和造船廠供電；港冊(cè)線T接入南洋變(南洋支線)，承擔(dān)對(duì)南洋造船廠供電；岑石線和岑化線承擔(dān)對(duì)中石化國(guó)家石油儲(chǔ)備基地供電。島上電網(wǎng)設(shè)施分布情況如圖1所示。

圖1 周邊電網(wǎng)地理接線圖

2 并網(wǎng)接入工程簡(jiǎn)介

并網(wǎng)接入工程源自某電力用戶項(xiàng)目。該用戶項(xiàng)目位于冊(cè)子島北部，為新設(shè)采礦權(quán)，開(kāi)采礦種為建筑用石料(凝灰?guī)r)，生產(chǎn)規(guī)模每年1 500 t，高峰產(chǎn)能規(guī)劃為每年2 000 t。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模：計(jì)劃投入普通生產(chǎn)線2條、精品骨料生產(chǎn)線1條和機(jī)制砂生產(chǎn)線1條。根據(jù)負(fù)荷分析，某用戶項(xiàng)目的負(fù)荷性質(zhì)屬于普通用電負(fù)荷。

本期工程擬從35 kV冊(cè)子變接入系統(tǒng)，計(jì)劃新建輸電線路1條、用戶變電站1座，新增負(fù)荷容量約18 MVA。

3 海島電力并網(wǎng)接入方案設(shè)計(jì)

3.1 周邊電網(wǎng)情況

目前，冊(cè)子變主變?nèi)萘繛?×10 MVA，型號(hào)SZ9-10000/35。冊(cè)子變2017年最高負(fù)荷為3.5 MW，南洋支線和正和支線所帶負(fù)荷為7.5 MW，在本項(xiàng)目接入后，考慮設(shè)備同時(shí)率，將增加負(fù)荷約18 MW，最高負(fù)荷預(yù)計(jì)達(dá)到29 MW。根據(jù)N-1法則考慮，新增負(fù)荷投入后，若選擇冊(cè)子變對(duì)其進(jìn)行供電，其現(xiàn)有規(guī)?？蓾M足負(fù)荷要求，但可能會(huì)出現(xiàn)線路過(guò)載現(xiàn)象，需預(yù)先對(duì)冊(cè)子變現(xiàn)有進(jìn)線(岑子線和港冊(cè)線)輸送能力進(jìn)行計(jì)算分析[8-9]。

岑子線和港冊(cè)線為同塔雙回架設(shè)，導(dǎo)線型號(hào)為JL/G1A-240/30，兩線路在岑港變側(cè)的出線電纜均為截面300 mm2的三芯電纜，雙回電纜溝敷設(shè)，電網(wǎng)靜態(tài)限額載流量為281 A，單回輸送容量為17 MVA。其中，兩線路在25—32號(hào)之間導(dǎo)線變窄，型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/10，其單回經(jīng)濟(jì)輸送容量為10 MVA，極限輸送容量(周圍氣溫+40 ℃，導(dǎo)線最高允許溫度+70 ℃)為26 MVA。

若按經(jīng)濟(jì)輸送，單回線路輸送容量為10 MVA，雙回合計(jì)可達(dá)到20 MVA，將無(wú)法滿足系統(tǒng)29 MVA的輸送要求。

若按極限輸送，單回線路輸送容量為17 MVA，雙回合計(jì)可達(dá)到34 MVA，可以滿足系統(tǒng)29 MVA的輸送要求。

在極限容量輸送下，現(xiàn)有線路均可滿足輸送要求，但無(wú)法滿足N-1要求，需對(duì)冊(cè)子變進(jìn)線進(jìn)行增容改造。

3.2 接入方案對(duì)比

經(jīng)過(guò)實(shí)地勘探后發(fā)現(xiàn)，冊(cè)子變周圍青苗賠償費(fèi)用較高，政策處理難度較大，站內(nèi)尚有2個(gè)35 kV出線間隔因此原因而無(wú)法使用，為歷史遺留問(wèn)題。為保證按時(shí)供電，接入系統(tǒng)將通過(guò)對(duì)原有T接線路進(jìn)行改道或新建單回輸電專線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.1 方案一：對(duì)原有T接線路進(jìn)行改道

對(duì)正和支線或南洋支線進(jìn)行改道，最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠規(guī)避冊(cè)子變政策處理風(fēng)險(xiǎn)。南洋船廠經(jīng)營(yíng)平穩(wěn)有序，若對(duì)其支線進(jìn)行改道將導(dǎo)致全廠停工斷電，影響正常生產(chǎn)工作。相比之下，正和船廠已破產(chǎn)停工，人員已經(jīng)遣散，暫無(wú)負(fù)荷需求，具備改道條件。方案一將建設(shè)電纜終端塔，并重新敷設(shè)電纜段若干，將正和支線由正和變改道切割至用戶變電站，形成新的單回T接線路。

3.2.2 方案二：新建單回輸電專線

啟用站內(nèi)剩余的待用間隔，從冊(cè)子變直接架設(shè)單回輸電專線至用戶變電站，實(shí)現(xiàn)供電。方案二實(shí)施的前提是妥善解決冊(cè)子變線路通道土地征用賠償問(wèn)題。

輸電專線可考慮使用陸地電纜和架空線路合并實(shí)現(xiàn)。架空線路導(dǎo)線型號(hào)選擇JL/G1A-240/30，地線型號(hào)選擇OPGW光纜(12芯)。陸地電纜選用交聯(lián)聚乙烯絕緣、皺紋鋁金屬護(hù)套、聚乙烯外護(hù)套電纜，型號(hào)為YJV22-26/35-ZA，Z-3×300 mm2，排管敷設(shè)，環(huán)境溫度按照20 ℃計(jì)算，載流量為309 A，折合傳輸功率為18 731 kW，可滿足負(fù)荷新增需求。

3.2.3 接入方案對(duì)比

a.方案一和方案二在技術(shù)上均可行，皆為單回路供電，均能滿足對(duì)用戶項(xiàng)目的供電要求。

b.從工程周期考慮，方案一建設(shè)所需時(shí)間短于方案二。

c.從建設(shè)費(fèi)用考慮，方案一投資成本低于方案二。

d.從電網(wǎng)安全穩(wěn)定性考慮，方案二優(yōu)于方案一。

綜合考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定性、技術(shù)可行性、工程周期、投資成本費(fèi)用及用戶意見(jiàn)，本工程選擇接入方案二。

3.3 輸電路徑確定

本期工程輸電部分自冊(cè)子變側(cè)電纜出線，沿岑子線架空方向電纜敷設(shè)至岑子線30號(hào)附近，轉(zhuǎn)向東北方向敷設(shè)，穿過(guò)民房間隙，一直敷設(shè)至支家岙東北側(cè)的新建電纜終端塔。之后朝北架空架設(shè)約0.5 km，在岑子線26號(hào)南側(cè)再次改用電纜向西敷設(shè)0.25 km至新建電纜終端塔。自新建電纜終端塔向西北架設(shè)約400 m，轉(zhuǎn)向東北方向架設(shè)，途經(jīng)鵝盤山、天頂山，直至小岙山嘴南側(cè)，改由電纜敷設(shè)至用戶變電站。

新建輸電專線包含鐵塔15基和電纜若干段，架空線路長(zhǎng)度約3 km，電纜線路長(zhǎng)度約1.7 km。

3.4 變電短路電流計(jì)算

本期工程接入電網(wǎng)系統(tǒng)后，對(duì)用戶變電站兩側(cè)進(jìn)行三相短路電流校核。經(jīng)計(jì)算，結(jié)果符合要求，如圖2和表1所示。

短路點(diǎn)位置短路類型短路點(diǎn)平均電壓Uj/kV基準(zhǔn)電流Ij/kA短路電流值/kAI″Ich35 kV側(cè)三相371.565.267.94210 kV 側(cè)三相10.55.5013.8420.898

注：I″為短路電流周期分量起始有效值,Ich為短路電流全電流最大有效值。

3.5 無(wú)功補(bǔ)償分析

用戶變的無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲?，均?yīng)保證高壓側(cè)母線功率因數(shù)不低于0.95的要求，并能根據(jù)電網(wǎng)要求具有靈活投切的功能，一般按照主變壓器容量的10%～30%配置。

作為無(wú)功補(bǔ)償要求，用戶變內(nèi)需在10 kV側(cè)配置1組并聯(lián)電容器，配置容量分別為5 400 kvar，為主變?nèi)萘?20 MVA)的27%，滿足規(guī)程要求。電纜充電功率計(jì)算公式為

(1)

式中:Q為充電功率，var；C為線路電容，F(xiàn)；XC為線路容抗，Ω；UC為線電壓， V。

輸電專線由架空線路和陸纜線路共同組成。其中，電纜型號(hào)為YJV22-26/35-ZA,Z-3×300 mm2。查閱相關(guān)資料可知，電容為0.19 μF/km,電纜線路長(zhǎng)度為1.7 km,C為0.323 μF，UC為35 000 V。由式(1)計(jì)算可得，輸電專線的充電功率為124.24 kvar。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并聯(lián)電抗器補(bǔ)償總?cè)萘恳话阋鬄榫€路充電功率總和的100%以上。考慮到本工程線路充電功率較小，可不設(shè)置并聯(lián)電抗器，采取就地平衡措施。

3.6 中性點(diǎn)設(shè)備選擇

按照技術(shù)規(guī)定，中性點(diǎn)消弧線圈設(shè)備配置情況需根據(jù)實(shí)際電纜電容電流情況進(jìn)行配置。在35 kV、66 kV系統(tǒng)和不直接連接發(fā)電機(jī)、由鋼筋混凝土桿或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的6～20 kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不大于10 A時(shí)，可采用中性點(diǎn)不接地方式；當(dāng)單相接地故障電容電流大于10 A，又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，宜采用中性點(diǎn)諧振接地方式。

本期工程35 kV電纜長(zhǎng)度約為1.7 km，電纜截面選擇3×300 mm2，電纜電容電流按4.07 A/km計(jì)算，每段35 kV母線所帶電纜的電容電流為6.92 A，單相接地故障電容電流小于10 A，中性點(diǎn)采用不接地方式，不設(shè)置安裝消弧線圈。

3.7 電能質(zhì)量控制與諧波治理

變電站內(nèi)需裝設(shè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)儀，具備電壓及諧波檢測(cè)功能。根據(jù)“誰(shuí)污染、誰(shuí)治理”的原則，業(yè)主在進(jìn)入生產(chǎn)后對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)測(cè)，并根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果考慮裝設(shè)集中諧波治理裝置，在主控室預(yù)留備用屏位。

根據(jù)電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置原則，冊(cè)子變側(cè)和用戶變側(cè)均需配置電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

3.8 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置安排

根據(jù)接入系統(tǒng)方案，用戶變以單回35 kV輸電專線接入冊(cè)子變。冊(cè)子變待用間隔開(kāi)關(guān)柜內(nèi)一、二次設(shè)備裝置齊備，滿足工程接入要求。

雖然用戶變屬于末端變，可不配置保護(hù)，但考慮到其作為輸電專線接入冊(cè)子變，建議裝設(shè)微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置。微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置需具備以下功能：①三段式距離及可經(jīng)低電壓閉鎖的定時(shí)限方向過(guò)電流保護(hù)； ②三相一次重合閘及加速功能；③低周減載保護(hù)功能。

冊(cè)子變側(cè)出線間隔配置距離保護(hù)裝置，用戶變進(jìn)線間隔配置過(guò)電流保護(hù)裝置。

3.9 電能量計(jì)量系統(tǒng)配置

本工程進(jìn)線計(jì)量關(guān)口設(shè)置在冊(cè)子變電站35 kV側(cè)。計(jì)量關(guān)口點(diǎn)安裝主、副2個(gè)電能計(jì)量表，電能表精度均為0.5S 級(jí)。主電能計(jì)量表用作結(jié)算電費(fèi)的依據(jù)；副電能計(jì)量表用作確認(rèn)主電能計(jì)量表是否運(yùn)行正確，在主電能計(jì)量表運(yùn)行不正確期間，副電能表將作電費(fèi)計(jì)算的依據(jù)。同時(shí)，在冊(cè)子變側(cè)安裝新的用電信息采集系統(tǒng)終端。

3.10 通信傳輸系統(tǒng)安排

至2017年底，舟山電網(wǎng)共擁有220 kV變電站5座，110 kV變電站28座。海島電力通信專網(wǎng)已由2.5G逐步升級(jí)為10G，已經(jīng)形成了一個(gè)以光纖為主的高速信息基礎(chǔ)環(huán)形網(wǎng)架。

考慮接入后擁有穩(wěn)定的傳輸通道，本工程接入舟山通信環(huán)網(wǎng)采取光纖通信方式，用戶變經(jīng)冊(cè)子變以622M帶寬接入舟山通信環(huán)網(wǎng)，傳輸帶寬為622 Mb/s。工程建成后，傳輸系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 工程接入后的通信傳輸系統(tǒng)拓?fù)鋱D

根據(jù)變電站址所處位置及一次電網(wǎng)接線，結(jié)合通信規(guī)劃，為滿足調(diào)度、遠(yuǎn)動(dòng)傳輸?shù)男枰酒诠こ绦陆ㄍㄐ啪€路通道5.5 km，由OPGW和ADSS管道光纜2部分組成。在用戶變側(cè)配置華為OSN3500光傳輸設(shè)備1臺(tái)、協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備1套，在冊(cè)子變側(cè)自新增STM-4光端支路板1塊，開(kāi)通至舟山地調(diào)STM-4電路，配置相應(yīng)光配(ODF)、數(shù)配(DDF)、音配(VDF)等配套設(shè)施。

本期工程在用戶變電站配置-48 V通信電源模塊。通信電源從變電站內(nèi)通信電源屏中的-48 V電源模塊引出。通信設(shè)備共需SDH屏1面、綜合配線屏1面，布置于二次設(shè)備室內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

能源是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和保障。構(gòu)建安全、高效、清潔、低碳的能源供應(yīng)體系，是人類的共同理想和奮斗目標(biāo)。作為能源傳遞的重要媒介，經(jīng)過(guò)幾代人的不懈努力，我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)已由傳統(tǒng)單一的電能輸送載體，升級(jí)成為能源轉(zhuǎn)換、高效配置和互動(dòng)服務(wù)的平臺(tái)。

海島電力工程的并網(wǎng)接入，必須以促進(jìn)電網(wǎng)各部分協(xié)調(diào)發(fā)展和保證系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定為首要前提，既要學(xué)習(xí)借鑒內(nèi)陸電網(wǎng)類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，又要結(jié)合海島電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行的特點(diǎn)，并把握未來(lái)若干年海上新能源開(kāi)發(fā)趨勢(shì)，統(tǒng)籌兼顧，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員和設(shè)施設(shè)備的合理調(diào)配與優(yōu)化使用。