沙戈荒大基地风电项目集电线路选型及优化研究

刘二伟 苏桂晓 贾天翼 阚童利 陆海梅

摘  要：针对沙戈荒大基地风电项目的特殊气候与地质条件，系统进行了集电线路的选型及优化研究。首先，对集电线路的回路数量与路径进行了分析，根据负荷需求明确了回路划分原则；其次，依据载流量需求确定了导线截面，选定了适宜的杆塔型式与构造；再次，分析了地质条件，优化了基础型式以降低基础成本并提升稳定性；最后，研究了防风拉线金具的设计与固沙方案的实施。项目预测集电线路优化将实现成本节约并提高运行可靠性，为风电项目提供经济、有效的集电线路设计方案。

关键词：集电线路  优化设计  风电项目  沙戈荒

中图分类号：TM614

Research on the Selection and Optimization of the Current Collection Lines for Wind Power Projects in the General Desert-Gobi-Huangriness Base

LIU Erwei  SU Guixiao  JIA Tianyi  KAN Tongli  LU Haimei

New Energy Technology Development Company， China Huadian Engineering Co.， Ltd.，Beijing， 100160 China

Abstract： This paper conducts a systematic study of the selection and optimization of current collection lines in view of the special climate and geological conditions of wind power projects in the general desert-gobi-huangriness base. First， it analyzes the number and path of circuits in the current collection line， and clarifies the  division principle of circuits based on load demand. Then， it determines the cross-section of conductors based on the requirements of the current carrying capacity， and selects suitable the type and structure of poles and towers. Again， it analyzes geological conditions and optimizes foundation forms to reduce foundation costs and improve stability. Finally， it studies the design of windproof wire fittings and the implementation of sand fixation schemes. The project predicts that the optimization of current collection lines will save costs and improve operational reliability， which provides an economical and effective design solution of current collection lines for wind power projects.

Key Words： Current collection line; Optimization design; Wind power project; Desert， gobi and hungriness

随着我国“碳达峰，碳中和”目标的提出，可再生能源尤其是风电项目的开发日益受到重视。沙戈荒地区因其特殊的气候与地质条件，使得风电项目集电线路面临着更多挑战。本研究旨在针对这一问题，提出集电线路选型及优化方案，以期降低投资成本和提升系统的运行可靠性。通过对沙戈荒地区集电线路的专项分析与优化设计，本项目将为风电场设计提供具有针对性的参考方案，有望实现在恶劣环境下集电线路的经济性与可靠性的双重提升。

1  项目背景和意义

随着全球应对气候变化的紧迫性日益提升，中国提出了2030年前碳达峰和2060年前实现碳中和的宏伟目标。为实现这一战略目标，大力发展新能源项目，尤其是在沙漠、戈壁、荒漠等地区建设大型风电与光伏基地，成为推动国家能源结构转型与优化的关键措施。沙戈荒地区由于其独有的气候与地质条件，对风电项目的集电线路设计与施工提出了更高的要求。传统的集电线路设计往往无法满足该地区特殊环境下的运行需求，因此，对于大基地风电项目的集电线路进行优化选型设计具有重大的实用意义。通过科学的规划和先进技术的应用，不仅能够有效降低投资成本，提升电能输送的可靠性，还能在全生命周期内显著降低度电成本，进一步促进新能源的经济效益[1]。

2  风电项目集电线路选型及优化方案

2.1  集电线路回路划分优化

2.1.1  回路数量与路径分析

在沙戈荒大基地风电项目的集电线路设计中，对回路数量和路径的细致规划是确保能效和经济效益的关键。针对该项目，研究人员采取了一系列的路径优化算法和模拟评估方法，以确定最佳回路数量。通过系统地分析风电场的地理布局、风机分布及其与变电站的相对位置，结合电力流的模拟结果和线损计算，本研究综合评估了不同回路配置对于整体系统效率的影响。

2.1.2 负荷分析与回路划分

根据负荷的时间分布特性和空间分布特性，合理划分集电线路的回路，确保在最大负荷时段内，系统依然可以稳定运行，同时也避免了在低负荷时段资源的浪费。针对沙漠环境下可能出现的突发性大风导致的负荷波动，本研究还特别考虑了回路设计的冗余和弹性，以保障系统在面对不确定因素时的可靠性。划分回路时，还特别注意到避免或减少跨越沙丘等难以维护的地段，以降低后期的维护成本和风险。

2.2  导线截面与杆塔型式选型

2.2.1  载流量需求与导线截面确定

为满足沙戈荒大基地风电项目的电力传输需求，准确确定导线的载流量是确保集电线路安全和高效运行的基础。在这一过程中，首先对风电场的最大发电能力进行了预测，并以此为基准，计算了集电线路的最大负载需求。其次，考虑到导线在长期运行中的热稳定性和电气性能，选取了能够承受预期最高载流量的导线截面。

2.2.2 杆塔型式与构造功能性选择

结合地区特定的环境条件和土壤特性，选择了最适宜的杆塔型式。在此基础上，进一步考虑了杆塔设计的成本效益，确保在保障结构安全和稳固的同时，也能够经济合理。针对沙戈荒地区杆塔基础可能遇到的沙土流失问题，特别增加了对杆塔基础的加固设计，以确保长期稳定提供支撑功能[2]。

2.3  基础型式的确定与优化

2.3.1 地质条件分析与基础型式选型

针对沙漠地带常见的松散沙质土壤，通过地质勘探和土壤承载力测试，评估了地表下不同深度的土壤稳定性。基于勘探数据，结合集电线路塔架的荷载特点，选定了能适应软土层和防止沙土流失的基础型式。考虑到沙漠地区地基受力特点，选择了深基础或扩大型基础设计，以确保足够的承载力和稳定性。

2.3.2 基础成本与稳定性能的优化

在基础成本与稳定性能的优化过程中，综合考量了材料成本、施工难度以及长期维护费用。通过采用经济效益分析和生命周期成本分析方法，优化了基础设计，确保在不牺牲稳定性的前提下最大程度地降低投资和运维成本。应用创新的建筑材料和施工技术，如使用高性能混凝土和地基加固新技术，提高了基础的承载能力和抗风化能力，同时减少了材料的使用量，从而降低了整体成本。

2.4  防风压沙与固沙技术

2.4.1  防风拉线金具的设计与选型

本项目中，设计团队选择了能够承受极端风速影响的高强度拉线金具，并对其进行了气候适应性评估，确保在沙尘暴等恶劣天气下仍能保持稳定。金具的选材也充分考虑了防腐蚀需求，以适应沙漠地区的高盐碱环境。

2.4.2 固沙方案的研究与实施

项目中采取了一系列固沙技术，如植被恢复、风网设置和地表覆盖等，来提高地表稳定性和防止沙尘暴。植被方案考虑了当地的生态环境，选用了耐旱、耐盐碱的植物，以减少对本地生态的干扰[3]。同时，通过设置风网和覆盖物，减少了风在土壤表面的侵蚀作用。具体如表1所示。

3  项目实施与效果预测

3.1  集电线路设计方案的具体实施步骤

3.1.1  施工图设计与审核

施工图的设计是项目实施的蓝图，需综合考虑地质、气候等因素，以及后期运维的便捷性。在设计阶段，专业团队会利用最新的工程软件进行建模，模拟各种环境下的线路表现，从而优化设计。设计完成后，通过内外部审核以确保施工图的科学性和合规性。

3.1.2  施工方案的制订与实施

方案会详述各类资源的配置、施工流程、时间管理以及风险应对策略。在具体实施前，施工团队会接受相关的技术和安全培训，以确保每个成员都能够了解并遵守施工规程。实施过程中，项目管理团队会密切监控工程进度和质量，及时调整施工计划，确保项目在预定的时间内完成。

3.2  经济效益分析

3.2.1  成本节约预测与分析

在沙戈荒大基地风电项目中，成本节约的预测与分析是项目可持续性的关键。项目团队将运用先进的成本管理体系，精细跟踪所有成本点，包括直接和间接成本。动态监控这些成本要素有助于项目团队及时调整策略，降低不必要开支。预测成本节约还需基于对市场动向的深入分析。项目采用的新技术会进行量化分析，以评估对整体成本的影响。项目团队将综合运用精益施工和价值工程原则，探索提高施工效率和降低材料浪费的方法。例如：通过优化设计减少施工作业和采用模块化施工技术缩短施工周期[4]。

3.2.2  全生命周期度电成本降低估算

度电成本的降低估算涉及项目从筹备、建设、运营到最后退役的整个周期。在估算过程中，项目团队会综合考虑资本投资、运营维护成本、设备更换成本以及项目融资成本等多个方面。首先，沙戈荒大基地风电项目在建设初期就通过采用高效的施工技术和管理方法，如同步化工程计划和资源优化配置，力求缩短建设时间，降低资本投资成本。

3.3  运行可靠性提升预测

3.3.1  线路运行可靠性的预测模型

建立预测模型对沙戈荒大基地风电项目很关键，能预测运维问题，确保项目顺利运行。模型考虑多种因素，如历史气候、线路材料疲劳特性、运行负荷历史和预测等。模型利用数据分析评估线路在特定条件下的失效概率，并采用统计和机器学习方法预测未来的可靠性表现。模型还会模拟不同维护方案对可靠性的影响，帮助决策者优化资源分配和维护计划。为提高预测准确性，模型会持续更新最新的运行数据和监测信息。实现高级预测模型能及时识别风险，实施预防性维护，减少停电时间，提高风电场的发电效率和经济效益。

3.3.2 可靠性提升措施的效果评估

为确保沙戈荒大基地风电项目线路运行可靠性，采取多项措施，评估措施效果通过定量和定性分析，量化措施成效，长期跟踪分析以确定对运行稳定性的持续影响[5]。例如：高材料质量或改进设计，监控历史故障数据并与改进后性能数据进行对比分析，验证改进措施有效性。

4  结语

通过针对沙戈荒大基地风电项目的集电线路选型及优化研究，本项目提出了一系列切实可行的设计方案和技术措施。这些成果不仅预计将实现成本的有效节约，而且还有望大幅提升风电项目集电线路在极端气候条件下的运行可靠性。本研究的实施，将为沙漠、戈壁等特殊区域风电场集电线路的开展提供理论与实践的支持，从而促进新能源项目在更广阔区域的可持续发展。

参考文献

[1] 张仲香，刘宝锋，方晨鑫，等.沙戈荒环境下风电叶片中复合材料耐高温性能研究[J/OL].复合材料科学与工程：1-5[2023-12-19]http：//kns.cnki.net/kcms/detail/10.1683.TU.20230718.1004.004.html.

[2] 谢辉，陈众，古纯松，等.基于多重雷击的风电机组集电线路雷电暂态过电压分析[J].电瓷避雷器，2022（4）：43-51.

[3] 辛双乔.双馈风电场送出线路与集电线路单相接地故障测距方法研究[D]. 天津：天津大学，2022.

[4] 杨乐.论规模化储能在风、光发电项目中的应用[J].中国设备工程， 2021（16）：181-182.

[5] 赵裕童.风电场集电线路及其T接送出线路保护方案研究[D].北京：华北电力大学（北京），2019.