湯錦元

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

1 浙江東白山高山型風(fēng)電場(chǎng)概況

浙江省地處東南沿海風(fēng)能帶，是我國風(fēng)能資源最豐富的12個(gè)省市之一。浙江東白山為會(huì)稽山脈主峰，海拔1 194.6m，是諸暨、東陽、嵊州境內(nèi)的最高峰?？睖y(cè)數(shù)據(jù)表明，東白山區(qū)域風(fēng)能資源豐富，50m高度年平均風(fēng)速7.44m/s，風(fēng)功率密度429W/m2，地質(zhì)、接入系統(tǒng)等風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件良好，交通運(yùn)輸滿足風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)要求。東白山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置在東白山一帶的山脊上，共安裝了20臺(tái)單機(jī)容量750 kW、輪轂高度50m、風(fēng)輪直徑49m的定槳距風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量15MW。該風(fēng)電場(chǎng)是浙江中部地區(qū)首座風(fēng)電場(chǎng)，屬內(nèi)陸高山型風(fēng)電場(chǎng)，按公用電廠性質(zhì)建設(shè)，所發(fā)電量由電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)全額收購。

浙江東白山風(fēng)電場(chǎng)由東陽市東白山風(fēng)電有限公司投資建設(shè)，項(xiàng)目總投資13 829萬元，單位容量投資為9 219元/kW，總發(fā)電容量15MW，年均發(fā)電量2 688.3萬kWh，含稅上網(wǎng)電價(jià)0.71元/kWh，融資后投資方內(nèi)部收益率8%，投資回收期16.56年。項(xiàng)目于2006年9月委托浙江省電力設(shè)計(jì)院承擔(dān)可行性研究及前期工作，2008年1月取得了浙江省電力公司的并網(wǎng)批復(fù)，2008年12月取得了浙江省發(fā)展和改革委員會(huì)的項(xiàng)目核準(zhǔn)批復(fù)，2009年5月開工建設(shè)，2009年9月取得了國家發(fā)展和改革委員會(huì)的清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）項(xiàng)目批復(fù)，2010年6月與電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)簽訂了并網(wǎng)合同，2010年9月通過了電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)的竣工驗(yàn)收。圖1為該風(fēng)電場(chǎng)外景圖。

圖1 浙江東白山高山型風(fēng)電場(chǎng)外景圖

2 浙江東白山高山型風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)建與設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)能資源條件

2.1.1 風(fēng)能資源觀測(cè)與評(píng)價(jià)

東白山風(fēng)電場(chǎng)屬高山型風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)機(jī)基面海拔在930～1 181m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，且有盆地氣候特征，季風(fēng)交替顯著，基本無臺(tái)風(fēng)影響。年平均風(fēng)速5.4～6.5m/s，風(fēng)速8月份最大，6月份最小，最大風(fēng)速一般出現(xiàn)在晚上23：00～次日凌晨6：00，最小風(fēng)速一般出現(xiàn)在下午12：00～14：00。

原始測(cè)風(fēng)資料統(tǒng)計(jì)分析表明，東白山風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域風(fēng)速較大，盛行風(fēng)向及主風(fēng)能方向明顯，且非常穩(wěn)定。測(cè)風(fēng)塔處10m層風(fēng)功率密度等級(jí)為6級(jí)，30m層風(fēng)功率密度等級(jí)為4級(jí)，40m層風(fēng)功率密度等級(jí)為4級(jí)，50m風(fēng)機(jī)輪轂高度處風(fēng)功率密度等級(jí)為4級(jí)。50m風(fēng)機(jī)輪轂高度10min內(nèi)平均風(fēng)速7.44m/s，有效風(fēng)速3～25m/s，小時(shí)數(shù)為7 699 h，全年平均風(fēng)功率密度為429W/m2；50m風(fēng)機(jī)輪轂高度處全年主風(fēng)能向較為顯著，主風(fēng)能向?yàn)镹NE，占16.8%，次風(fēng)能向?yàn)镾SW，占13.5%，春季盛行風(fēng)向NNE，夏季盛行風(fēng)向SSW，秋季盛行風(fēng)向NNE，冬季盛行風(fēng)向N。風(fēng)能密度和有效風(fēng)利用小時(shí)數(shù)均表明東白山風(fēng)電場(chǎng)具有良好的可供開發(fā)利用的風(fēng)能資源。

2.1.2 主要災(zāi)害性天氣

東白山風(fēng)電場(chǎng)地處高山，多年雷暴日數(shù)在50天左右，且濕度比較大，容易形成覆冰，主要災(zāi)害性天氣有雷暴和覆冰。東白山每年覆冰厚度約10～15mm，覆冰時(shí)間一般為12月至次年3月份，因此需要做好防雷措施和抗覆冰措施。

2.2 工程地質(zhì)

東白山風(fēng)電場(chǎng)工程場(chǎng)址屬簡(jiǎn)單場(chǎng)地，工程地質(zhì)條件較好，適宜建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)。場(chǎng)址附近無區(qū)域性活動(dòng)斷裂通過，地震動(dòng)峰值加速度＜0.05 g，相應(yīng)的地震基本烈度＜Ⅵ度，建筑場(chǎng)地類別為I類，地震強(qiáng)度與頻度均較低，屬相對(duì)穩(wěn)定區(qū)；地層粉質(zhì)粘土或粉質(zhì)粘土混碎石可作為35 kV升壓站及辦公生活區(qū)等輔助建筑物的天然地基持力層；風(fēng)電機(jī)組等主要建筑物可選擇強(qiáng)風(fēng)化或中等風(fēng)化凝灰?guī)r作為天然地基持力層；場(chǎng)地地下水埋藏較深，且水量甚微，對(duì)建筑物基礎(chǔ)無影響。

2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型

道路運(yùn)輸、地形地質(zhì)條件、風(fēng)機(jī)吊裝等因素決定著風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的大小。浙江東白山風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域海拔高度930～1 181m，安裝場(chǎng)地和運(yùn)輸條件受限，宜選擇運(yùn)輸和吊裝難度較小的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。單機(jī)容量2MW等級(jí)、1MW等級(jí)、850 kW等級(jí)的風(fēng)電機(jī)組均不適合該風(fēng)電場(chǎng)，而單機(jī)容量750 kW以下的風(fēng)電機(jī)型已逐漸退出市場(chǎng)。按照技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合最優(yōu)的原則，東白山風(fēng)電場(chǎng)最終選用了浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)力發(fā)電工程有限公司生產(chǎn)的WD49-750型、輪轂高度50m、單機(jī)容量750 kW的風(fēng)電機(jī)組，該風(fēng)電機(jī)組最長運(yùn)輸部件葉片長約24m，最重運(yùn)輸部件機(jī)艙重約23.5 t，較適合該風(fēng)電場(chǎng)使用，該風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)已經(jīng)比較成熟，國產(chǎn)化率達(dá)到了75%～90%，完全符合國家發(fā)改委提出的“風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化率需達(dá)到70%以上”的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)要求。

2.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置

東白山風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)址為高山地形，風(fēng)電機(jī)組無法如平坦地區(qū)般進(jìn)行矩陣、梅花形布置或行列距布置。為了降低交通運(yùn)輸、施工安裝和機(jī)組并網(wǎng)的投資，提高整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性，該風(fēng)電場(chǎng)在基本垂直于盛行風(fēng)向的方向上沿山脊成片布置風(fēng)機(jī)，共布置20臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，基本為單列布置，風(fēng)機(jī)間距為3～5倍風(fēng)輪直徑，自西向東布置。

2.5 并網(wǎng)電氣接入系統(tǒng)

2.5.1 電氣系統(tǒng)

東白山風(fēng)電場(chǎng)共安裝了20臺(tái)單機(jī)容量750 kW的風(fēng)電機(jī)組，機(jī)組出口電壓為690 V，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置1臺(tái)800 kVA箱式變壓器，所發(fā)電能經(jīng)箱式變壓器從690 V升壓至10 kV，經(jīng)場(chǎng)內(nèi)2回10 kV集電線路匯集至場(chǎng)內(nèi)升壓站的10 kV母線，再經(jīng)主變壓器升壓到35 kV后經(jīng)35 kV并網(wǎng)專線接入電力系統(tǒng)。場(chǎng)內(nèi)35 kV升壓站主要由1臺(tái)16MVA主變壓器、35 kV室內(nèi)配電裝置、10 kV室內(nèi)配電裝置、10 kV電容器、場(chǎng)用電配電裝置、中控室等組成，10 kV及35 kV高壓配電裝置全部采用金屬鎧裝封閉型移開式高壓開關(guān)柜，主變?cè)谥锌貥堑讓邮覂?nèi)布置。

2.5.2 繼電保護(hù)配置

主變壓器、35 kV并網(wǎng)線路、10 kV集電線路、10 kV場(chǎng)用變、10 kV電容器的保護(hù)按照GB/T 14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行配置，選用微機(jī)型保護(hù)裝置，具體配置為：①主變壓器保護(hù)：主變壓器差動(dòng)保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、輕瓦斯和重瓦斯保護(hù)、主變壓器壓力釋放保護(hù)、主變壓器油溫保護(hù)；②35 kV并網(wǎng)線路保護(hù)：線路距離保護(hù)、頻率電壓異常解列保護(hù)；③10 kV集電線路保護(hù)：電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、單相接地保護(hù)；④10 kV場(chǎng)用變保護(hù)：電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)；⑤10 kV電容器保護(hù)：電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)、過電壓和低電壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、熔斷器保護(hù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配置的保護(hù)有：電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)、溫度升高保護(hù)、電網(wǎng)故障保護(hù)、振動(dòng)越限保護(hù)、傳感器故障保護(hù)等。

2.5.3 無功補(bǔ)償裝置

東白山風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量750 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的主變壓器、箱式變壓器、場(chǎng)用變壓器等電氣設(shè)備均為感性負(fù)載，需向電力系統(tǒng)吸收一定的感性無功。為使風(fēng)電場(chǎng)在接入系統(tǒng)關(guān)口處的功率因數(shù)基本達(dá)到1.0的標(biāo)準(zhǔn)，各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就地配置了自動(dòng)補(bǔ)償電容器，并在風(fēng)電場(chǎng)升壓站配置安裝了2組1 500 kvar的10 kV電容器，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的無功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。

2.5.4 防雷與接地裝置

東白山山頂雷電活動(dòng)較為頻繁，風(fēng)電場(chǎng)加強(qiáng)了防雷保護(hù)，完善了接地裝置。

（1）直擊雷保護(hù)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置本體的防雷裝置，機(jī)殼、塔架、防雷引下線均與接地網(wǎng)可靠連接；升壓站中控樓附近設(shè)1支獨(dú)立避雷針，中控樓屋頂安裝避雷帶；35 kV并網(wǎng)線路風(fēng)電場(chǎng)側(cè)1.5 km區(qū)段安裝雙回避雷線，線路鐵塔絕緣子片數(shù)增為4片；10 kV集電架空線路每3～4檔裝設(shè)1組避雷器；15臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用10 kV電纜與升壓站10 kV母線聯(lián)接。

（2）侵入雷電波保護(hù)：35 kV并網(wǎng)線路風(fēng)電場(chǎng)側(cè)進(jìn)線終端塔、10 kV箱式變壓器進(jìn)線及出線側(cè)均安裝避雷器，升壓站10 kV和35 KV配電裝置母線裝設(shè)避雷器。

（3）接地裝置：升壓站采用以水平接地網(wǎng)為主和垂直接地體為輔的復(fù)合人工接地裝置，重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)均壓布置，總接地電阻實(shí)測(cè)值僅0.38Ω，非常優(yōu)良，完全滿足升壓站接地電阻不大于4Ω的要求；單臺(tái)風(fēng)機(jī)的接地裝置以風(fēng)機(jī)中心為圓心設(shè)置環(huán)形水平接地網(wǎng)，充分利用各個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)作為自然接地體，20臺(tái)風(fēng)機(jī)接地電阻實(shí)測(cè)值僅0.17～0.24Ω，也非常優(yōu)良，完全滿足風(fēng)機(jī)接地電阻不大于10Ω的要求；35 kV并網(wǎng)線路避雷線不絕緣，全線桿塔逐基接地。由于當(dāng)?shù)赝寥罈l件較好，全線桿塔接地電阻全部優(yōu)良，滿足線路運(yùn)行和維護(hù)的安全要求。

2.5.5 線路抗覆冰措施

為保證風(fēng)電場(chǎng)架空線路在冬季冰凍氣象條件下正常運(yùn)行，東白山風(fēng)電場(chǎng)35 kV并網(wǎng)線路、場(chǎng)內(nèi)10 kV架空集電線路全部按覆冰20mm的氣象條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。35 kV并網(wǎng)線路全線33基桿塔全部采用足夠強(qiáng)度的鐵塔，選用LGJ-240/40型導(dǎo)線和GJ-50型避雷線；場(chǎng)內(nèi)10 kV架空集電線路選用LGJ-185/10型導(dǎo)線，加強(qiáng)了線路鐵件的強(qiáng)度，加大了相間距離，并將架空線路的檔距大幅縮短，縮短后全線平均檔距僅為48.2m，有效提高了10 kV架空集電線路的抗覆冰能力。

2.6 通信系統(tǒng)

調(diào)度自動(dòng)化通信采用光纖通信方式，并滿足一主一備條件。在中控樓內(nèi)安裝數(shù)字式程控調(diào)度交換機(jī)一套，作為風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)、生活、行政通信使用。通信電源采用高頻開關(guān)式穩(wěn)壓穩(wěn)流電源系統(tǒng)，配置2組100 Ah進(jìn)口免維護(hù)蓄電池。主電源由廠用電動(dòng)機(jī)控制中心供給。

2.7 監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)采用少人值守方式運(yùn)行，中控室內(nèi)設(shè)置2套獨(dú)立的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：①風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組廠家配套提供，專供風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)監(jiān)視和控制使用，中控室計(jì)算機(jī)能自動(dòng)連續(xù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視，監(jiān)視參數(shù)包括葉輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、環(huán)境溫度、風(fēng)力發(fā)電機(jī)溫度、功率等；②升壓站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是升壓站內(nèi)綜合自動(dòng)化的通信樞紐和信息綜合點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)35 kV線路、主變壓器、10 kV線路、10 kV場(chǎng)用變壓器、10 kV電容器及公共設(shè)備的集中監(jiān)控；通過通信工作站向電力調(diào)度部門輸送遠(yuǎn)動(dòng)信息，具備電力調(diào)度部門遠(yuǎn)方監(jiān)控“四遙”功能；與多功能電能表、直流電源系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等智能模塊連接，共同完成綜合管理功能。

3 效益分析

東白山風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量15MW，設(shè)計(jì)壽命為20年，壽命期內(nèi)共產(chǎn)生約53 766萬kWh的電能，與火力發(fā)電相比，相當(dāng)于累計(jì)節(jié)煤191 945 tce，共減排CO2496 476 t、SO23 840 t、NOx1 344 t、粉塵 1 920 t、灰渣38 390 t，節(jié)約用水156萬m3，起到了良好的節(jié)能減排和改善人居生態(tài)環(huán)境的作用，節(jié)能效益與環(huán)境效益非常顯著。

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