高可靠性WS-G產品在高海拔風電場的應用

司詠青，李紹軍，王 莉

(施耐德電氣(中國)有限公司，北京 100102)

涼山州是四川省風能資源最豐富的地區之一，涼山州風電技術可開發量約1 500萬kW，全州17縣(市)均具備可開發風電資源。為了充分利用涼山州豐富的風能資源，2020年和2021年，大唐涼山新能源有限公司在四川省涼山州普格縣境內分別建設了容量為132.5 MW的大唐普格甘天地二期風電場，以及容量為99.2 MW的大唐普格采乃風電場，為打造百萬級風電開發建設基地邁出堅實一步，助力涼山州建成全國重要清潔能源產業基地，實現綠色發展的重要一步。

涼山州豐富的風能資源為風能項目的開發創造了良好的條件，但高海拔地勢也為風電項目的開發增加了不小的挑戰。大唐涼山普格采乃風電場地處涼山州普格縣境內高原山區，風機海拔跨度3 200～3 800 m；甘天地二期項目施工區域則在普格高原山區一條南北向山脊及其支脈上，海拔在3 530～3 950 m。

高海拔風電場的惡劣自然環境對相關電力設備提出了更高的要求，開關柜作為風電場的關鍵設備之一，其質量和可靠性更是決定高海拔風電場開發建設成敗的關鍵要素之一。

1 高海拔風電場對開關柜的質量和可靠性的更高要求

1.1 高海拔風電場環境惡劣

四川省涼山州普格縣地形地貌特征為三山夾兩溝，即螺髻山脈、中梁子和烏科梁子夾黑水河、側木河。普格采乃風電場和甘天地二期風電場，就處于這三山夾兩溝的高原無人區，氣候條件惡劣，雨雪和云霧天氣多，晝夜溫差大，道路交通條件差。

1.2 高海拔風電場對開關設備影響

海拔的高度和氣壓水平成反比關系，也就是海拔高度越高，氣壓水平越低，空氣密度越小越稀薄，濕度越低，越干燥。

在高海拔地區，隨著空氣越稀薄，太陽日照輻射的穿透力越強，白天地面吸收熱量越多，溫度越高；晚上地面失去熱量速度越快越多，溫度越低，導致晝夜溫差明顯。

高海拔對開關設備的影響是多方面的，但主要影響集中在電暈、溫升和外絕緣等。

1)由于海拔增加，高壓設備的交流電暈起始電壓降低，因而電暈現象比平原地區更為嚴重。電暈增加電能損耗，加速絕緣老化和金屬腐蝕，同時對無線電產生干擾。

2)當海拔增加時，空氣密度降低，散熱條件變壞，使高壓電器和開關設備在運行中的溫升增加。

3)海拔增加時，由于空氣稀薄氣壓降低，空氣絕緣強度減弱，高壓電器外絕緣水平降低。對于海拔高于1 000 m但不超過4 000 m的高壓電器外絕緣，海拔每升高100 m，其外絕緣強度降低0.8%～1.3%[1]。

高海拔地區受環境惡劣等不利條件的影響，需要開關設備能夠耐受嚴酷環境條件，設備穩定可靠，以免因設備故障影響風電場的發電效率，增加維護成本，從而影響整個風電項目的經濟效益。

2 施耐德電氣安全可靠的開關柜能夠滿足高海拔風電場需要

大唐普格采乃和甘天地二期風電場項目是大唐集團打造百萬風電基地的重點項目，為了保證高海拔地區風電場項目的順利實施，大唐涼山新能源有限公司采購施耐德電氣生產的WSG產品，助力高海拔風電項目的順利實施，為風電場帶來了穩定的收益。

2.1 施耐德電氣WS-G產品優勢

2.1.1 GIS(氣體絕緣開關柜)和AIS(空氣絕緣開關柜)相比，前者更適合高海拔風電場的需求

在采乃和甘天地二期項目中，為什么要選擇GIS產品？答案顯而易見。在同AIS產品的比較中，GIS的產品表現出來的優勢更加適合高海拔風電場的需求。

GIS產品耐腐蝕，可抵御高海拔惡劣的運行環境，提供最佳的供電連續性，并提供給操作者更高的安全保護。同時，GIS產品占地小，在最小的空間里為客戶提供最大的功率輸出，維護工作量少。

2.1.2 施耐德WS-G產品的核心競爭力

1)WS-G充氣柜介紹。施耐德電氣WS-G充氣柜是將斷路器、隔離開關、接地開關及母線等高壓元器件密封在充有SF6氣體的封閉殼體內的一種金屬封閉開關設備。由于整個高壓系統處于完全封閉的狀態，所以不受環境影響，具有整體小型化、高可靠性、免維護等特點。

由于不受外界環境的影響，免維護及結構緊湊，一般用于空氣絕緣柜不宜使用的地方，比如高海拔地區，溫度變化大和高濕環境(如濕熱地區)，高污染環境，以及安裝空間緊湊的場合。

特別是高海拔地區，由于空氣稀薄，如果用空氣柜絕緣開關柜，要求的絕緣距離就會增加。海拔越高，增加的越多，導致海拔特別高的地方，空氣絕緣開關柜很難滿足絕緣要求。在這種情況下，WS-G充氣柜的優點就完全體現出來了。

WS-G充氣柜設計能滿足海拔5 000 m的使用要求。專門為高海拔設計的氣箱，強度完全能滿足高海拔使用要求，氣箱變形量在設計范圍內，可在高海拔地區可靠安全運行。

2)WS-G充氣柜特點。①全參數覆蓋，最高參數可至40.5 kV，3 150 A，40 kA/4 s；②金屬封閉，氣體絕緣；③不銹鋼氣箱焊接工藝；④三相共箱，母線室、斷路器室相互獨立；⑤燃弧等級A FLR 40 kA/1s；⑥豐富的智能化選配方案；⑦密封氣室符合IEC 最新的版本IEC62271-1。

3)WS-G充氣柜產品優勢。①產品有完善的聯鎖系統，確保操作人員時刻處于安全狀態。②帶電的中壓部件安裝在充有氣體的密封氣室中，不受風場惡劣環境影響。③每個氣室均有機械或電氣檢測裝置，分別具有獨立的泄壓裝置。④不銹鋼鉻鎳鋼制成的氣箱，實現免維護。⑤斷路器機械壽命10 000次；隔離/接地三工位開關機械壽命10 000次；氣體年泄漏率不大于0.01%年；斷路器額定短路電流開斷次數50次，性能優異。⑥儲存小，母線PT柜可取消，以減少對升壓站空間和占地面積的需求，節約成本。⑦在安裝，排列擴展或拆卸開關柜的過程中，無需現場充放氣操作。⑧通過高海拔應用檢測，獲得權威實驗機構高海拔試驗報告，適用于4 500 m高海拔的環境。⑨氣室安裝有自封閥，用于產品壽命到后期的氣體回收和再利用，重視環境保護。⑩創新的B-link專利技術，改善了母線連接。

每臺WS-G開關柜(見圖1)的母線按系統要求安裝在獨立的充氣室內。它們被整合在絕緣氣體監測系統中，不受外部環境的影響。與相鄰開關柜母線的連接是通過我們創新的母線連接系統：B-link連接。

圖1 WS-G充氣開關柜

B-link連接系統不需要任何的維護。它在用戶現場安裝容易且不需要氣體處理。當擴展或更換開關柜時，無需氣體處理，也不會影響氣室。B-link連接系統采用的電壓控制技術、外殼接地、柔軟耐用的硅橡膠絕緣件使開關柜的連接簡便，電場分布更均勻。

B-link系統的更進一步優點包括：所有的硅橡膠絕緣件已在工廠時就已被安裝在開關柜上，并進行局放試驗。

B-link系統的現場安裝實現可視。當相鄰的開關柜的B-link連接系統拆卸后，分離的母線之間形成絕緣距離，而不需要氣體處理。如果必要，針對整個母線系統或一臺開關柜，可分別測量每一段母線的電阻。

2.2 施耐德電氣高品質的售后服務為客戶保駕護航

服務往往十分考驗一家企業的綜合實力，在項目現場，企業的組織協調能力、員工素養等會經受全面的檢驗。尤其在高海拔風電場，對企業的售后服務也提出了更高的要求。施耐德電氣憑借專業、及時和周到的服務，贏得了業主方的信任和高度認可。

高海拔風電場的天氣瞬息萬變，如果一旦錯過適合施工的天氣，下一次往往需要等很多天，再加上預防新冠肺炎疫情的相關要求，對企業服務的及時性提出了很高的要求。為了配合施工方的安裝和調試計劃，施耐德電氣在接到客戶的安裝請求后，通過遍布全國的服務網絡，提前調配適合防疫要求的服務人員，第一時間趕到項目現場，為項目的順利開展贏得寶貴時間。

在項目現場，施耐德電氣售后服務人員為現場施工人員提供現場安裝調試培訓工作，讓現場施工人員能更好更快的熟悉施耐德電氣產品的使用和安裝知識，順利幫助施工方完成安裝和調配任務。

3 高海拔風電場采用國際一線品牌開關柜對風電項目的意義

風電行業步入平價上網時代后，風電企業面臨的是真刀真槍的市場競爭，整個行業更加注重結果導向，同時關注風電項目在全生命周期內的投資回報。

降低成本、提高風電場發電效率成為風電高質量發展的核心。據統計，在風電全壽命周期內，維修成本平均約占總成本的23.5%，和電氣系統相關的維修成本比例約為60%。

另據開發商統計，風電場電氣相關系統故障次數占總故障次數的比例為77.4%，引發停電時間權重為84.2%。其中，電氣設備為主要故障點。

路遙知馬力，離開產品的高可靠性這一基本的保障，風電的成本和效率也無從談起。因此，在高海拔風電場建設之初，選擇高品質、高可靠性的一線國際品牌產品，不僅能減少電氣設備故障發生次數，從而減少風電場的停機時間，保證供電連續性，提高發電利用率；同時，由于產品更高的可靠性，減少在風電場全生命周期內的維護成本，從而在一定程度上，降低了風電場的度電成本，增加了風電場的盈利水平。大唐普格采乃和甘天地二期兩個風電場自投運后，面對風場現場可達性差，環境惡劣、高海拔等諸多不利因素，施耐德WSG充氣柜以其優異的嚴酷環境耐受能力、突出的免維護特點，高品質的質量水準，一直運行穩定，為整個風場的高效運行，奠定了堅實的基礎。

從風電場在全生命周期內提高更高投資回報率的角度來著眼，在高海拔風電場的惡劣環境條件下，為了保證風電場的有效運營，選用高品質、高可靠性的國際一線品牌開關柜產品具有十分重要的意義。大唐涼山新能源公司的選擇充分體現了前瞻性及戰略眼光。

4 風電場投運對當地的意義

在涼山州3 000多米海拔的高原上，一座座白色風機將大自然賜予的清潔能源源源不斷送往涼山州的千家萬戶。

涼山州是全國最大的彝族聚居區，國家“三區三州”深度貧困地區之一，是四川省脫貧攻堅的主戰場。

建成后的普格甘天地二期風電項目總裝機規模131.11 MW，并網發電后，每年可提供清潔電力3.6億kW·h，每年可節約標準煤11.54萬t，減少CO2排放量約42.82萬t。普格采乃風電場項目建成后，預計每年可提供1.97億kW·h的清潔電力，每年可減少使用7.41萬t標準煤，減排23.49萬t CO2。

通過源源不斷地為當地輸送綠色清潔能源，不僅將有力緩解涼山州當地電網缺電現象，對調整四川省能源結構、促進節能減排、完善電網結構也具有重要意義。同時，大力發展清潔能源產業，也將顯著帶動地方經濟社會加快發展和環境保護。

5 結 語

在雙碳目標的引領下，大唐新能源集團加快新能源開拓的步伐，在高海拔地區捷報頻傳，施耐德電氣作為全球能源管理和自動化領域的專家，積極參與高海拔風電項目，為項目提供高品質、高可靠性的WSG產品。憑借產品優勢，樹立了在高海拔風電場應用的標桿，為推動我國風電行業高質量發展，以及雙碳目標的實現貢獻力量。同時，對調整四川省能源結構，帶動地方經濟社會加快發展也有很大的積極作用。