三十六灣風電場工程電氣一次系統設計

長沙電力職業技術學院 周慧娟

三十六灣風電場工程電氣一次系統設計

長沙電力職業技術學院 周慧娟

風電場電氣系統主要由一次系統和二次系統組成。本文分析研究了三十六灣風電場電氣一次系統的設計，對接入系統、主接線、電氣設備的選擇與布置等方面進行了研究，希望對相關研究領域提供借鑒意義。

風電場；電氣一次系統；設計

1.前言

三十六灣風電場位于湖南省郴州市臨武縣北部，距臨武縣區直線距離約25km，場址區域以山地為主，海拔高度在900m～1550m之間，起伏較大，風電場所在區域屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，因南北氣流受南嶺山脈影響，形成了四季分明、雨量充沛、春早多變、夏熱期長、秋晴多旱、冬寒期短的氣候特點，年平均氣溫18℃，年平均降雨量在1022～1917mm之間，年平均日照時數1569h，無霜期290d，年平均雷暴日數約60d，冬春季風速較大，夏秋季風速較小，風向以偏北風居多[1，2]。

截至2013年底，郴州市境內電源總裝機容量為194.3萬kW（不含華潤鯉魚江電廠，下同），其中水電裝機168.1萬kW，火電裝機22.6萬kW，其它新能源（風電）3.6萬kW，并入湖南省電網的電源裝機容量為147.7萬kW。

2.電氣一次系統設計

2.1 接入系統方式

三十六灣風電場裝機規模為48MW，安裝24臺單機容量為2000kW的風力發電機組。根據接入系統報告三十六灣風電場通過1回110kV線路接入郴州臨武縣110kV月家嶺變，新建線路長度約20km，導線型號為LGJ-400。本工程與電網的計量點設在本風電場110kV升壓站送出線路的出口側。

2.2 電氣主接線

2.2.1 風電場電氣接線

a）風力發電機組與箱式變壓器的組合方式

風力發電機組單機容量為2000kW，出口電壓為0.69kV。風電機組接線方式推薦采用一機一變單元接線方式，箱變容量選用2200kVA。該接線具有電能損耗少、接線簡單、操作方便、任意一臺風力發電機組故障不會影響其它風力發電機組正常運行等優點。箱變就近布置在風機旁，箱變高壓側采用并聯接線方式。

b）集電線路方案

集電線路電壓有10kV和35kV兩種電壓可供選擇，輸電線路可選擇電纜或架空線。由于風機所在海拔高成高(1000m～1500m)，風速大，架空線方案安全可靠性很低，且冬季溫度低，覆冰層厚，容易發生事故，架空線方案易出現遭雷擊、絕緣子污閃等故障，而且架空線美觀性較差，后期維護成本高，損耗也比電纜方案大故本階段推薦采用電纜方案。根據升壓站位置、風機位置，選擇10kV電纜方案將大大加長電纜方案，經濟上不可行，故本階段集電線路方案采用35kV電纜方案。

2.2.2 110kV升壓站電氣主接線

a）升壓站110kV側接線

考慮到有湘電新能源有限公司在本區東山風電場(100MW)接入本風電場110kV升壓站，升壓站最終規模按148MW設計，安裝2臺主變，110kV側最終接線為單母線接線，共建設兩個主變進線間隔、一個出線間隔及一個PT間隔。本風電場工程建設1臺容量為50MVA的主變，并建設110kV母線、一個主變進線間隔、一個出線間隔及一個PT間隔。

b）升壓站35kV側接線

35kV側最終建設兩段母線，兩段母線之間不設聯絡斷路器，本工程建設35kVⅠ段母線。本工程24臺風電機組分別由3組35kV集電電纜接入風電場110kV升壓站35kV高壓開關柜。35kVⅠ段母線上安裝8面35kV高壓開關柜。

3.主要電氣設備選擇

3.1 短路電流計算

根據風電場接入系統設計短路電流計算，2015年系統提供至110kV月家嶺變電站正序阻抗0.07031。風力發電機、箱式變壓器、線路等均只計電抗，忽略電阻?；鶞嗜萘繛?00MVA，基準電壓分別為115kV、37kV和0.70kV。風電場短路電流計算結果如表1所示：

表1 短路電流計算結果

本風電場110kV側電氣設備短路電流水平按40kA進行選擇，35kV側電氣設備短路電流水平按31.5kA進行選擇。

3.2 主要電氣設備選擇

選擇主要電氣設備時，按照設備的額定電流、短路開斷容量、最大關合電流峰值、額定峰值耐受電流、額定短時耐受電流和持續時間等參數值進行選擇，并留有一定裕度。

（1）本工程裝機容量48MW，主變壓器選擇1臺容量為50MVA的三相銅芯雙繞組內設平衡線圈有載調壓油浸電力變壓器（防污型）。

（2）110kV高壓配電裝置為戶內布置，采用GIS設備。斷路器額定電流為1250A，額定開斷電流為40kA；隔離開關額定電流為1250A，額定短時耐受電流為40kA；快速接地開關短時耐受電流為40kA；接地開關短時耐受電流為40kA；CT變比為300/5A 、300-600/5A，精度為0.2s/0.5/5P30/5P30；出線PT變比為110//0.1//0.1kV；母線PT變比為110//0.1//0.1//0.1kV。

（3）35kV配電裝置選用戶內成套裝置KYN61-40.5金屬封閉開關設備，采用加強絕緣結構，一次元件主要包括斷路器、操動機構、電流互感器、避雷器等，采用抽出式安裝，為單母線接線方式，運行靈活、供電可靠。

（4）本工程35kV母線上裝設1臺接地變壓器兼作站用變壓器，接地變壓器選用三相、干式變壓器，容量1250kVA，二次側容量為250kVA，額定電壓比35±2×2.5%/0.4kV，接線組別ZN，yn11。

（5）無功補償裝置。在35kVⅠ段母線上裝設一組容量為9Mvar的SVC動態無功補償裝置。

（6）箱式變電站。為了使戶外變壓器安全可靠地運行和安裝施工的簡便，本風電場選用具有運行靈活、操作方便、免維修、性價比較優的風電組合式變電站，型號為ZGS-Z.F-2200/35。

（7）電纜選擇。為了減少電纜數量、提高電纜載流量，風電場內高低壓動力電纜全部選用線芯允許溫度高、載流量大的交聯聚乙烯鎧裝電力電纜。

3.3 電氣設備布置

3.3.1 電纜布置

風電場的集電電纜采用直埋敷設，直埋敷設的埋深為800mm，溝底鋪細砂或篩過的土，且沿全長以磚或水泥板遮蓋。

3.3.2 110kV配電裝置布置

110kV主變采用戶外布置，布置于35kV配電裝置室與110kV戶內GIS室之間；110kV配電裝置采用戶內設備，布置升壓站的北邊。

設計中考慮設備運輸、電氣和防火距離的要求，主變壓器與35kV配電裝置之間采用共箱母線連接。

3.3.3 35kV配電裝置、站用變、無功補償裝置布置

35kV配電裝置設備采用KYN61-40.5鎧裝型移開式金屬封閉開關柜，室內單列布置，布置于主變壓器南側；35kV接地兼站用變壓器布置于綜控樓內；10kV備用站用變壓器布置在控制樓內的站用配電室內；共設6面低壓配電屏。

35kV動態無功補償裝置采用戶外布置，布置于升壓站的西邊邊。設計中考慮運輸、電氣和防火距離的要求。

4.結束語

變電站是輸配電系統中的重要環節，是電網的主要監控點[3,4]。本文通過分析比較，對三十六灣風電場變電站電氣一次部分進行合理地設計，對保證電網的安全供電及經濟方面均有著重要的意義。

[1]周慧娟.三十六灣風電場風能資源的評估與分析[J].電子世界,2013,21:44-45.

[2]周慧娟.三十六灣風電場建設中的風力發電機組選型研究[J].風能,2015(12):94-97.

[3]龔雪峰,陳宇.安寧河峽谷風電場(一期)工程電氣一次設計[J].水電站設計,2012,28(4):52-54.

[4]任孝良.關于風電場設計相關問題的探討[J].產業,2012,10:58-60.

周慧娟，女，湖南人，碩士，長沙電力職業技術學院講師，研究方向：發電廠及電力系統。