天堂界风电场电气一次设计

宋均琪　崔东浩



天堂界风电场电气一次设计

宋均琪崔东浩

摘要介绍了华润贵州天堂界风电场35 kV集电线路及110 kV升压站电气一次设计特点。详细论述了中高山地、重覆冰区架空线路和电缆线路的优缺点，说明了升压站电气主接线方案，主要设备选择，防雷接地设计等，对类似工程具有参考意义。

关键词电气主接线集电线路无功补偿过电压保护天堂界风电场

1　工程概况

华润贵州天堂界风电场工程，位于贵州省黔东南州剑河县东北部，海拔高度在1 000～1 600 m，属中高山地风电场。风电场大体由4条山脊组成，山脊较窄，山脊走向大体为东西或东北—西南走向，场内植被茂密，林地密布，山脊区域多为高山草地。根据风电场内测风塔分析，80 m高度年平均风速为6.9 m/s，年平均风功率密度为289.9 W/ m2，80 m高度主风向为SSW、SW、ENE。该地区冰冻灾害发生频率高，危害大。

风电场规划总装机为97.5 MW，一期天堂界风电场安装33台1 500 kW风力发电机组，二期老山界风电场安装24台2 000 kW风力发电机组，风电场分期开发。天堂界风电场发电机出口电压为0.69 kV，经箱变升压至35 kV，33台风机分为3组，每组风机汇流组成1条集电线路，分别经35 kV电缆线路接入升压站35 kV两段母线，经主变升压后通过1回110 kV架空线路送至剑河变，线路长度约20 km。

2　风电场集电线路

风电场一期工程共安装33台金风93系列1 500 kW的风电机组，为保证供电可靠性，减少电能损耗，本工程采用一机一变的方式，从0.69 kV升压到35 kV后接入场内电缆集电线路的方案，35 kV侧采用联合单元接线，将风机-箱变分为3组。

贵州省是我国冰灾最为严重的地区之一，根据气象资料及贵州输电线路运行资料可知，天堂界风场区域30年一遇标准冰厚为20 mm。2008年冰灾时，覆冰超过30 mm，本区域10 kV和35 kV架空线路多处受损，是贵州省受灾最严重的地区之一。

风电场建设区内气候属于亚热带湿润温和型气候，年平均气温15.3℃，年极端最高气温为35.1℃，年极端最低气温为-7.3℃。冬季以东北风和环流气流为主，水气充足，湿度较大，会导致较大范围的降雨和降雪。风机大都布置在山包、山脊的高点，覆冰厚度也随之增加。根据现场查勘，线路经过地段存在形成窄管效应的垭口等微地形。采用架空线路主要有以下缺点：（1）重覆冰区设计标准提高，线路造价较高；（2）重覆冰区架空线路导线宜采用水平排列，在两回线路径重合情况下，线路路径加大；（3）风机分布较为分散，地形起伏较大，线路转角很多；（4）山脊较窄，部分区域选线走向困难；（5）秋冬季集电线路所处地区常被浓雾包围，一旦发生导线覆冰事故，不能及时发现并对覆冰线路进行有效的除冰处理；（6）当线路出现断线及短路问题后，不能及时对断线点进行检修，因此，不能保证集电线路安全运行的稳定性要求。

经综合经济比较，由于气象、地形等因素，架空线路重覆冰、转角多、铁塔加重，都增加了该方案的造价，并且不利于日后的集电线路的安全稳定运行。全电缆线路具有运行维护费用低，运行故障率低的特点。本工程选择全电缆方案，根据机组容量及布置位置选用ZR-YJLV32-35 kV-3×95～3×300等不同截面的电力电缆。具体接线方案为：33台风机共分为3组，分别为：第1组共10台1 500 kW风机，总容量为15 MW，线路长度约为12.5 km。第2组共12台1 500 kW风机，总容量为18 MW，线路长度约为10 km。第3组共11台1 500 kW风机，总容量为16.5MW，线路长度约为20 km。

3　110kV升压站接入系统及电气主接线

3.1接入系统方式

根据贵州电网公司 《关于华润贵州剑河天堂界风电场1×49.5 MW工程接入系统设计审查的意见》及《华润贵州天堂界风电场（1×49.5 MW）工程接入系统设计》报告，考虑到两期工程，升压站内设置2台50 MW升压变压器，以110 kV电压等级接入系统，最终出线1回接入剑河110 kV变电站，线路长约20 km，导线截面选用1×240 mm2。风电场最大出力为39.6 MW。

3.2电气主接线

根据批复的接入系统方案，电气主接线设计如下：

（1）35 kV侧接线方式：天堂界风电场35 kV母线与老山界风电场35 kV母线组成单母线分段接线方式。

（2）110 kV侧接线方式：升压站110 kV侧2回进线，1回出线，采用简单、可靠、实用的单母线接线方式。

3.3站用电系统

由于本风电场位于贵州电网的薄弱地带，处于电网的边缘，交通极为不便，站用电设计要求具有较高的可靠性和灵活性。站用电电源取得方式为：本期35 kV母线上接所用变压器作为站用电电源，另将10 kV施工用临时用电在升压站建成后作为备用电源，2台变压器为全容量备用。另外设置1台50 kW柴油发电机作为应急电源。经负荷统计计算，2台站用变容量选择500 kVA。

4　主要电气设备选择

4.1短路电流计算

根据接入系统设计单位提供的接入系统参数及风机厂家提供的发电机参数，经计算，升压站110 kV侧三相短路电流为7.38 kA，35 kV侧三相短路电流为10.17 kA。

4.2外绝缘修正

考虑风电场地区空气污秽按Ⅲ级设计，要求屋外电气设备按2.5 cm/kV爬电比距（对应系统最高电压）计算其外绝缘水平。

本风电场开关站海拔为1 500 m的较高海拔地区，按海拔修正其外绝缘及有关电气距离，其试验电压的修正系数为K=1.053。

考虑到海拔修正等因素，本变电站采用2.5 cm/kV（按最高电压）防污等级，电气设备电瓷外绝缘最小爬电距离，110 kV应不小于3 317 mm，35 kV应不小于921 mm。

4.3主变压器

本工程主变压器选用三相、双绕组、低损耗（S11型）、低噪音、免维护、有载调压电力变压器。主要技术参数为：

型号SZ11-50000/110

额定电压/kV110±8×1.25%/35

接线组别YNd11

阻抗电压Uk/%10.5

冷却方式自冷

4.4110 kV HGIS组合电器

结合地形条件，为节约投资，控制升压站的占地面积，减少土建开挖及填方量，110 kV开关设备选用户外半封闭式SF6气体绝缘开关设备 （HGIS）。110 kV配电装置布置采用HGIS、管母线、双列、单母线布置方式，共计4个间隔。考虑到HGIS设备的制造水平，主要技术参数为：

额定电压/kV126

额定电流/A2 000

额定短路开断电流/kA40

额定峰值耐受电流/kA100

4.535 kV配电装置

为提高供电可靠性，35 kV配电装置选用金属封闭户内成套装置KYN-40.5开关设备，柜内配置真空或SF6断路器（SVG馈线柜）。

4.6无功补偿装置

根据 《风力发电厂接入电力系统技术规定》，电网无功补偿应按分（电压）层分（电）区基本平衡的原则进行配置和运行。配置的容性无功容量包括风电场集电系统及主变压器的感性无功损耗，送出线路一半的感性无功损耗；配置的感性无功容量包括送出线路一半的充电无功功率。根据贵州省送变电工程公司提供的 《剑河天堂界风电场110 kV送出工程可行性研究报告》，本期在35 kV母线上装设±9 Mvar的降压型SVG无功补偿装置。

4.7接地变电阻成套装置

本工程35 kV网络电容电流应包括电缆线路、变压器以及母线和开关设备等。经计算，35 kV开关柜 I段母线所接电力电缆线路和变压器等设备的总电容电流约为120 A。

根据DL/T 620《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的规定，电容电流值大于10 A，需装设中性点接地设备。本工程选用经电阻接地方式，35 kV接地变压器选择DKSC-1250/35型干式变压器，电阻选择50.5 Ω，电阻材质为不锈钢合金。

5　防雷与过电压保护

5.1风电场防雷接地

风机接地装置采用基础接地和人工接地的复合接地体，每台风力发电机组独立敷设复合接地体，风力发电机组与箱变共用复合接地网，接地电阻按小电流接地系统接地要求设计，接地电阻R≤4 Ω。

5.2升压站防雷接地

110kV升压变电站设置4棵30 m高的避雷针，作为变电站内的防直击雷保护。全站设置以水平接地体为主，垂直接地体为辅且边缘闭合的复合接地网。根据短路电流计算成果，考虑分流系数后的入地短路电流为1.3 kA，按照有效接地的接地电阻要求，接地按大电流接地系统要求，接地电阻，接地电阻按照R=0.5 Ω设计，满足规范要求。主接地网采用60 mm×6 mm镀锌扁钢，与设备相连的接地网采用40 mm×4 mm镀锌扁钢，垂直接地极采用63 mm×63 mm×6 mm镀锌角钢。

5.3过电压保护

为防止由线路雷电侵入波以及雷电感应过电压和断路器操作时的过电压对电气设备的损坏，在以下各处装设避雷器：110 kV输电线路出线端、110 kV及35 kV的两级电压母线；110 kV主变压器高压侧中性点；35 kV电缆馈线终端；35 kV真空（SF6）断路器柜。35 kV母线电压互感器柜内加装HYRII-35型一次消谐器。

中图分类号TV734

文献标识码B

文章编号1007-6980（2016）01-0034-02

作者简介

宋均琪男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

崔东浩男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

收稿日期（2015-11-10）