新能源风力发电项目66kV系统应用前景研究

[摘 要]随着“3060”碳达峰、碳中和目标的实施，大容量风电基地将不断出现，未来风电机组单机容量越来越大，集电线路采用66 kV电压等级，由于其在投资和电能损耗方面的优势，将是风电场发展的必然趋势。文章对35 kV与66 kV集电线路的经济性进行分析，以期为相关人员提供参考。

[关键词]碳达峰；碳中和；大型风电基地；集电线路；66 kV

[中图分类号]TM862 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0066–03

Research on the Application Prospects of 66kV System in New Energy Wind Power Projects

LI Taobo

[Abstract]With the implementation of the \"3060\" carbon peak and carbon neutrality goals， large capacity wind power bases will continue to emerge. In the future， the single unit capacity of wind turbines will become larger， and the collection line will adopt a 66 kV voltage level. Due to its advantages in investment and energy loss， it will be an inevitable trend for the development of wind farms. The article analyzes the economic feasibility of 35 kV and 66 kV collector lines in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]carbon peak； carbon neutrality； large scale wind power base； collecting line； 66 kV

1 项目研究背景

随着风机单机容量不断增大，风电场集电线路电压选择很大程度上会影响到风电场的建设运营成本，不同集电线路电压等级风电场网架结构、损耗、电气设备配置均不同，风电场建设运营成本存在很大差异。电能在风机箱变升至66 kV，风机内所有配套设备按66 kV电压等级设计，体积相较于35 kV会发生变化，机舱或塔筒也可能会相应变化。目前，各主流风机厂商已能够提供66 kV风机的解决方案，相关设备已通过型式认证，但缺乏实际运行数据，可靠性有待验证。海上升压平台内的66 kV设备较成熟，只需相应调整设备电压等级。

目前，国内陆上风电场向大容量不断迈进，传统的35kV集电系统出现了串联风机台数少、杆塔征地过多、无法长距离输送等弊端。文章尝试用66kV电压等级作为陆上风电场集电系统的主流电压，验证其可行性及经济性。

2 研究的意义及必要性

由于风电场的安装费用昂贵，陆上土地资源稀缺，为了提高经济性，风机的单台容量随着技术的进步而不断增大，导致同样截面的35 kV线路上可以连接的风机台数越来越少。目前国内风电场通用35 kV导线最大截面为300 mm2，常用导线截面为240 mm2。以常用导线为例，考虑其热极限及同流限制，通常允许传输的最大功率约为28 MW，1根240 mm2截面的导线最多可以连接6台4.5 MW的风机。如果单台风机容量增加至6.5 MW，则1根导线只能连接4台风机。这样在未来使用大容量风机的风电场中，会导致35 kV集电系统的导线长度增加，回路数增加，导线投资、铁塔重量和相应工程费用增加，施工难度增大。虽然可以通过增加导线的截面积来增加线路串联的风机数量，但这样会增加运输及安装成本。

随着风电单机容量的不断增长，以35 kV作为场内集电系统的电压等级逐渐成为制约集电系统设计的瓶颈。升高集电线路系统电压等级，以传输更大功率是解决这个难题的方法之一。与35 kV集电系统相比，应用于同样规模的风电场，66 kV集电系统导线重量减少，相应的投资费用也下降。

3 实际项目中35 kV集电线路和66 kV集电线路对比分析

研究风电场集电线路电压的经济性优选，需要建立考虑时间价值经济性评估模型，模型综合考虑风电场的年建设和年运行费用，分析风电场装机规模、风电场发电能量密度对集电线路电压等级优选的影响。集电线路电压等级优选流程为：①根据风电场的规划容量和各电压等级输电线路经济输送容量，确定集电线路电压等级。②根据经济性评估模型对各电压等级进行全面评估，最后根据评估结果得出结论。

3.1 35 kV集电线路和66 kV集电线路对比

以一个23台8 MW的风电场为例，进行估算及对比，在采用66 kV电压等级后，集电线路造价无论是线路电气还是结构，都有一定比例的下降，且由于电压等级的提升，减少了110 kV升压站的投资。但因为现在以66 kV为电压等级的相关变电设备较少，价格较为昂贵。在综合考虑包括场内线缆、风机设备、升压平台设备在内的所有因素后，66 kV方案的工程总造价比35 kV方案造价低，考虑征租地、减少的110 kV线路、升压站投资后，整个场区66 kV集电线路造价有显著优势。35 kV集电线路方案与66 kV集电线路方案如图1、图2所示，不同电压等级集电线路方案对比见表1。

经过一系列相关的试验和对比可得出，在集电线路系统中，传输功率相同时35 kV线路中的电流比66 kV大，导致35 kV集电系统的有功损耗比66 kV系统高26%～43%。尽管风电场年运营成本大部分由机组运维成本决定，但是66 kV集电线路方案的系统有功损耗较低。

经过计算，66 kV集电线缆比相应的35 kV集电线缆长度可减少30%～35%，线缆成本可降低20%～25%。由于单回66kV线缆上可连接的风电机组数目较35 kV线缆多，对于相同容量的风电场，66 kV集电系统的回路数减少，因此与之配套的开关设备数量相应较少，整个风电场的开关设备的总成本增加有限，从而带动整个风电场的投资下降。

3.2 66 kV集电线路电缆选型

66 kV电缆生产和标准化已经较成熟，一般为单芯电缆，66 kV电缆常见型号及其适用条件见表2。

3.3 66 kV配电装置

经咨询高压配电装置厂家，当前66 kV配电装置主要用于东北电网部分电站，设备型号均为用110 kV电压等级配电装置对应设备及元件代替使用，布局时安全间距按66 kV电压进行修正，因此选型不存在困难。

在研究中初步整理了66 kV铁塔的设计模块和基础类型，为将来集电线路电压等级提升做好技术储备。

经咨询国内主流变压器厂家，并参加技术交流会，就箱变一次系统设计、基本技术参数等初步达成一致意见，目前已研发设计额定容量为8 000 kVA的66 kV油浸式双分裂箱式变压器。

具体来看，箱变外形为长9 000 mm×宽3 000 mm×高3200 mm；高压侧采用GIS方案，断路器、隔离接地开关、互感器等设备采用GIS装置；低压侧为双分裂，有效控制短路电流水平，也便于选择开关设备。高压配电、低压配电及变压器均安装于箱体内，安装方便，整体性好，箱体外壳防护等级可达IP54，环境适应性强，适合作为风电场就地升压变使用。

市面现有66 kV变压器为油浸式变压器，接线端子裸露在外，需要设油池、围栏、格栅及卵石等，占地面积较大，施工和安装成本较高，对66 kV集电线路来说技术经济性差，设计中很难选用此型式变压器作为风电场就地升压变使用。

因此，66 kV箱变主要面向风电场66 kV集电线路，要求箱变具有类似于箱式成套、集成度高、运维成本低、安全性高、外壳防护性能高等特点。

4 经济效益

随着陆上风电风机数量增多，分布越来越稀疏，距离升压站的距离越来越远，基础工程和送出工程等方面的成本将逐渐增大，对运维服务的要求也不断提高，运维成本将随之增大。

线路电压等级高则线路有功损耗小，考虑到风电场的高利用小时数，对于500 MW的风电场而言，其运行期减小的总损耗较可观。

根据估算，综合考虑包括场内线缆、风机设备、升压平台设备在内的所有因素，66 kV方案的工程总造价比35 kV方案低15%左右。一个500 MW的风电场，考虑场内系统投资和电能损耗，66 kV方案比35 kV方案投资成本低3 000多万元。

由于66 kV机电方案的系统有功损耗较低，所以以大单机容量风电机组组成的风电场，经过计算采用66 kV集电系统的年运维成本相比35 kV集电系统低2.7%，度电成本低1.8%。在采用新型节能导线后，66 kV集电线路的成本优势更加明显。

5 结束语

文章采用66 kV集电线路具备可实施性，与35 kV电压等级相比，其可以减少回路数，节省投资，减少征地，降低电能损耗。随着“3060”碳达峰、碳中和目标的实施，大容量风电基地不断出现，未来的风电机组容量越来越大，场内集电线路采用更高电压等级在连接风机数量、电能损耗等方面有更大优势，且经济效益非常显著。

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