北塔山風(fēng)區(qū)100MW風(fēng)電項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

風(fēng)能作為清潔能源之一，在我國被大力推廣利用。目前，我國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)總量達(dá)到214.2GW，占全球風(fēng)電總裝機(jī)量的35%以上，發(fā)展前景廣闊。而在風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)中，風(fēng)力發(fā)電場電氣設(shè)備設(shè)計(jì)是重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

1 工程概況

本風(fēng)電項(xiàng)目為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)五家渠鑫垣六師北塔山風(fēng)區(qū)開發(fā)建設(shè)的100MW風(fēng)電項(xiàng)目，是我國規(guī)劃建設(shè)的準(zhǔn)東能源基地(共計(jì)120萬kW風(fēng)電項(xiàng)目)的組成部分。本風(fēng)電場距奇臺縣城143km，交通狀況良好。根據(jù)推薦接入方案，五家渠鑫垣六師北塔山牧場100MW風(fēng)電項(xiàng)目新建1座110kV升壓站(見表1)。

表1 五家渠北塔山牧場100MW風(fēng)電項(xiàng)目110kV升壓站規(guī)模

2 風(fēng)電場電氣主接線設(shè)計(jì)

2.1 箱式變低壓側(cè)接線方式設(shè)計(jì)

該風(fēng)電場設(shè)計(jì)安裝45臺2200kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，機(jī)組出口電壓設(shè)計(jì)值0.69kV，并配套45臺組合箱式變壓器。發(fā)電機(jī)組和變壓器之間的連線方式為對號串聯(lián)，互不干擾[1]。

組合箱式變壓器的容量為2350kVA，安設(shè)位置設(shè)計(jì)在以發(fā)電機(jī)組為圓心、半徑不超過20m的范圍內(nèi)，在其低壓側(cè)配置低壓斷路器，箱式變低壓側(cè)至風(fēng)力發(fā)電機(jī)地面控制柜選用6根ZR-YJV23-0.6/1-3×240+1×120型電力電纜連接[2]。

2.2 箱式變高壓側(cè)接線方式設(shè)計(jì)

由于本風(fēng)場單機(jī)容量較大，為了降低電能在傳輸過程中的損耗，設(shè)計(jì)采用35kV高壓傳輸，接線方式為匯流干線，架空線路，避免對地面建筑的影響，提升電力傳輸?shù)陌踩浴?/p>

根據(jù)本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)組和變壓器的布置形式，設(shè)計(jì)4回集電線路，每一路連接10或12臺箱式變壓器，容量為22MW或26.4MW。箱式變高壓側(cè)設(shè)計(jì)相應(yīng)的負(fù)荷開關(guān)以及斷容器起到保護(hù)作用，并利用電纜(型號：ZR-YJV23-26/35-3×70)與35kV架空輸電線路相連接，35kV電纜與架空輸電線路T接處設(shè)檢修用防風(fēng)型跌落式熔斷器和氧化鋅避雷器[3]。

2.3 機(jī)組和電網(wǎng)連接線

本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)組電能通過導(dǎo)線(型號：LGJ-240/30)輸送至110kV升壓站外，再采用3根ZR-YJV62-26/35-1×300型交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜引接至風(fēng)電場110kV升壓站35kV電纜饋線柜，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的連接。

3 短路電流和電氣設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 短路電流計(jì)算

根據(jù)本工程接入系統(tǒng)報告提供的數(shù)據(jù)，預(yù)測2030年風(fēng)電場110kV升壓站35kV母線系統(tǒng)處的短路電流(見表2)，以此設(shè)計(jì)本項(xiàng)目主要電氣最大承受短路電流值：110kV電壓等級為40kA；35kV電壓等級為31.5kA[4]。

表2 短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)

3.2 主要電氣設(shè)備選擇

本項(xiàng)目依據(jù)《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5222—2005)的規(guī)定，升壓站中相關(guān)的電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)選擇嚴(yán)格以額定工作條件為標(biāo)準(zhǔn)，校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為短路情況下的熱穩(wěn)定。

a.主變壓器選擇。本項(xiàng)目選取1臺主變壓器(見表3[5])。該產(chǎn)品具有負(fù)載損耗小、結(jié)構(gòu)簡單(內(nèi)部硅鋼片和變壓油量減少)等優(yōu)點(diǎn)。

表3 主變壓器參數(shù)

續(xù)表

b.110kV電氣設(shè)備選擇及絕緣水平。本項(xiàng)目110kV相關(guān)GIS設(shè)備被安置在戶外，信號接收更好(表4)。相關(guān)系統(tǒng)的絕緣水平主要參考雷電過電壓值，達(dá)到這一水平后基本上可耐受操作過程中的過電壓問題。相關(guān)絕緣水平見表5，經(jīng)核算后完全符合相關(guān)要求[6]。

表4 110kV主要設(shè)備選擇技術(shù)參數(shù)

表5 110kV電氣設(shè)備的絕緣水平

c.35kV電氣設(shè)備選擇及絕緣水平。本項(xiàng)目35kV配電裝置高壓開關(guān)設(shè)備型號為KYN 40.5型，在戶內(nèi)呈雙列布置。斷路器、互感器等型號見表6，電氣設(shè)備絕緣水平見表7。

表6 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

4 升壓站接地設(shè)計(jì)

升壓站接地可保障人員和設(shè)備不受短路故障、雷電侵入等損害；而且能夠及時將設(shè)備外殼靜電消除，保證其安全運(yùn)行。

表7 電氣設(shè)備絕緣水平

4.1 站址土壤電阻率分析

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)報告資料，升壓站土壤電阻率為560～600Ω·m左右，電阻率級別較高，最大凍土層深度200cm，地基土中含有酸性物質(zhì)，定義為中等腐蝕性。本工程設(shè)計(jì)擬采用黃土和成品接地來達(dá)到降阻目的。

4.2 接地裝置設(shè)計(jì)技術(shù)

按照相關(guān)規(guī)范，本項(xiàng)目圍繞建筑物和屋外設(shè)備敷設(shè)閉合條形接地網(wǎng)，打造有效接地系統(tǒng)和低電阻接地系統(tǒng)，設(shè)計(jì)接地電阻滿足R≤2000/IG。

本項(xiàng)目升壓站接地網(wǎng)遵循“水平接地體為主，垂直接地體為輔”原則。接地線熱穩(wěn)定以單相接地短路電流為標(biāo)準(zhǔn)，分流系數(shù)設(shè)計(jì)為75%；水平接地體為熱鍍鋅扁鋼(型號：-60×6)，垂直接地體成品接地模塊，110kV設(shè)備接地引下線、主變壓器、戶外接地、引下線截面均采用-60×8熱鍍鋅扁鋼，接地網(wǎng)壽命按30年計(jì)算，所選材料滿足熱穩(wěn)定的要求，水平接地體的深度要求較大，應(yīng)大于最大凍土層厚度。為有效降低接地電阻值，本工程將升壓站接地網(wǎng)與光伏區(qū)可靠連接。

設(shè)備接地：全站一次電氣設(shè)備基礎(chǔ)及外殼均通過接地支線兩點(diǎn)同主接地網(wǎng)相連，凡有二次回路的一次設(shè)備均要求采用兩根接地線，接入主接地網(wǎng)不同位置；設(shè)計(jì)在110kV及35kV的氧化鋅避雷器以及帶操作箱的電氣設(shè)備四周設(shè)置均壓地面或絕緣地坪，使接觸電勢小于允許值，保證人身安全。

5 結(jié) 語

風(fēng)力發(fā)電作為綠色能源，在我國已列入發(fā)展規(guī)劃中，尤其是當(dāng)前環(huán)保壓力日益增大的背景下，其必然受到越來越多的重視。五家渠北塔山牧場100MW風(fēng)電項(xiàng)目電氣設(shè)備設(shè)計(jì)充分參考其他工程經(jīng)驗(yàn)，并嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，達(dá)到了100%合格率，為其他風(fēng)電項(xiàng)目提供借鑒。