風電場集電線路優化探討

文／張浩

風電場集電線路優化探討

文／張浩

經濟持續增長帶來對用電需求的持續增長，國家發展改革委辦公廳落實的風電發展政策以及市場需求的拉動使風電工程建設市場有了極大的規模。國家可再生能源信息管理中心《2013年度中國風電建設統計評價報告》顯示：2012年概算單位造價每千瓦9036元，決算單位造價每千瓦7958元，我國風電場造價呈逐年下降趨勢。目前風電場造價成本中機組（設備）約占75%左右，基礎設施約占20%，其他約占5%。其中風電場集電線路的合理性是關系到整個風電場的穩定運行、經濟投資以及使用效率的主要因素。通過對幾種常見集電線路的分析，做如下幾個方面的論述。

風電機組布置與集電線路的關系

風電機組的合理布置對整個風電場的發電量、場內連接電纜線路投資、場內電纜線路的長度、場內線路的電能損失有很重要的作用。風電機組的布置需達到風電機組各臺發電量最大，尾流影響最小的排列方式，根據現已建成的49.5MW風電場場址區域的風能資源條件、地形條件，一般以行距（葉片直徑的4－8倍)和列距(葉片直徑的6－10倍)組合方式排列。根據當地的單一盛行風向或多風向，風電機組一般按矩陣式排布和分散式排布。方案如圖1所示。

風電場風電機組的布置影響著集電線路路徑的曲折程度和分支線的多少。按現有的風電機組技術，風電機組單臺容量一般在2MW左右，風電機組出口電壓經箱變升至35kV后經集電線路最終進入升壓站。根據風電機組的布置方式不同確定集電線路主干線的回路數，機電線路的回路數決定了集電線路路徑的長短以及導線截面的大小,直接影響著整個工程的總投資。下面結合已建成的49.5MW風電場集電線路的設計，對集電線路優化和電能損耗進行淺析。

工程案例分析

已建成的49.5MW風電場位于新疆吐魯番地區，安裝33臺單機容量1.5MW的風電機組，場址的海拔高度約在390m－500m，場地開闊，地勢平坦。風電機組布置及集電線路路徑圖如圖2所示。

圖2 49.5MW風電場集電線路路徑示意圖（方案一已建成）

35kV線路共分3回進線，分別為一線，二線和三線，均為單回路，一線接4#－9#、15#－19#風電機組，二線接1#－3#、12#－14#、25#－29#，共11臺風電機組，三線接10#－11#、20#－24#、30#－33#，共11臺風電機組。其中主干線3條，支干線8條。集電線路亙長14.634km。其中LGJ－120/25線路亙長8.583km，LGJ－185/30線路亙長6.051km。LGJ－120/25導線經濟輸送容量為11.9MVA，最大載流量260A(工作溫度70℃時）。LGJ－185/30導線經濟輸送容量為18.4MVA，最大載流量370A(工作溫度70℃時，最大負荷利用小時數＜3000h）。導線使用情況及長度以及桿塔型號數量如表1所示。

該布置35kV線路共分3回進線，分別為一線，二線和三線，均為單回路，一線接30#－33#、20#－24#、25#－29#風電機組，二線接10#－19#，共10臺風電機組，南線接1#－9#共9臺風電機組。其中主干線3條，支干線1條。集電線路亙長11.55km。其中LGJ－120/25線路亙長2.85km，LGJ－185/30線路亙長5.72km。LGJ－240/30線路亙長2.98km。LGJ－240/30導線經濟輸送容量為24MVA，最大載流量440A(工作溫度70℃時）導線使用情況、長度以及桿塔型號數量如表2所示。

結語

通過以上案例可以看出，風電場集電線路的合理布置對整個工程的造價影響是很大的。現對集電線路的優化進行以下總結：

圖3 小草湖49.5MW風電場集電線路路徑示意圖（方案二優化后）

表1 導線使用情況、長度以及桿塔型號數量

（1）通過小草湖風電場的布局，不難看出升壓站的站址位置，直接影響到整個集電線路的走向及其布置，因此在風電場經過宏觀選址后，應結合選址報告和相關風電機組的布置方案以及當地政府部門的土地規劃，擬定升壓站的站址位置；

（2）選擇集電線路路徑應認真對風電場的整個布局進行研究，反復勘測，本著線路安全可靠、投資經濟合理，避讓建筑物等，綜合考慮施工、運行、維護、環保等原則，確定可行性路徑方案。盡量減少主干線和分支線的回路數；

（3）在桿塔和基礎選型方面應做到根據不同的地形選型，做到線路運行安全，節省廊道資源，不影響整個風電場的布局的情況下選擇不同的桿塔型號和基礎形式，在地勢平坦地區可用鋼筋混泥土水泥桿，在廊道和土地資源比較緊缺的地區采用同桿或同塔進行雙回或三回架設。在山區可采用桿塔混合的方式，盡量減少電纜的用量，風電機組基礎積極引進新型基礎（如巖石錨桿基礎、無張力灌注樁基礎、鉆孔灌注樁基礎等）的應用，減少開挖及鋼筋混泥土的用量節省工程投資；

（4）導線截面的選擇，導線的費用投資約占整個工程投資成本的10%左右，因此在技術成熟的條件下對同一回路，逐段不同容量采用經濟的、不同截面的導線組合很有必要。一般在整個工程中選用最多三種型號的導線為宜，過多的導線型號會增加工程的施工難度，而且對后期線路的運行維護也會帶來不便。

表2 LGJ-240/30導線使用情況、長度及桿塔型號數量

表3 方案一與方案二經濟指標對比

（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）