李 靜

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

0 概述

中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站工程場(chǎng)址位于哈密市東北約21公里，303省道西北側(cè)約2公里，距市區(qū)較近，交通便利。場(chǎng)址中心位置坐標(biāo)為北緯 43°02′40.9"， 東經(jīng) 93°38′54.48"。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)相對(duì)較為平坦。中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站總規(guī)劃容量100MWp，計(jì)劃分三期開(kāi)發(fā)建設(shè)，其中一期工程建設(shè)20MWp，二期工程建設(shè)30MWp，遠(yuǎn)期工程開(kāi)發(fā)50MWp。

中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站一期20MWp項(xiàng)目采用1000kWp光伏發(fā)電系統(tǒng)為1個(gè)模塊設(shè)計(jì)，共20個(gè)1000kWp光伏系統(tǒng)模塊，分為1～20區(qū)。每個(gè)光伏單元采用地面固定式陣列安裝1005.8kWp多晶硅太陽(yáng)能光伏組件，接入2臺(tái)500kW光伏并網(wǎng)逆變器，兩臺(tái)500kW光伏并網(wǎng)逆變器接入1臺(tái)1000kVA雙分裂變壓器，升壓至10kV電壓等級(jí)。經(jīng)10kV電纜線路送至光伏電站110kV升壓站，110kV出線T接于110kV二馬線 （哈密天光電廠-馬場(chǎng)變），T接線路導(dǎo)線采用LGJ-150，線路長(zhǎng)度9km。

1 電氣一次設(shè)計(jì)

1.1 光伏發(fā)電場(chǎng)集電系統(tǒng)

每1000kWp光伏組件為一個(gè)子系統(tǒng)，逆變器輸出的交流電經(jīng)升壓變壓器升至10kV；在場(chǎng)內(nèi)使用10 kV電纜匯流。每?jī)蓚€(gè)單元升壓變壓器合為一條光伏發(fā)電場(chǎng)集電線路，經(jīng)電纜接入光伏電站110kV升壓站的lOkVⅠ段母線。

1.2 光伏電站升壓站主接線方案

根據(jù)本期中廣核哈密并網(wǎng)光伏發(fā)電站裝機(jī)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分期建設(shè)時(shí)序，確定光伏電站110kV升壓變電站電氣主接線形式。

根據(jù)升壓變電站主變臺(tái)數(shù)的選取原則以及低壓側(cè)10kV電氣設(shè)備的選擇要求，升壓變電站終期設(shè)置三臺(tái)雙繞組有載調(diào)壓變壓器 （預(yù)留擴(kuò)建位置），一期主變壓器選型為SZ11-20000/110，容量 1×20000kVA。

升壓變電站升高電壓側(cè)電壓等級(jí)為110kV，終期出線兩回，據(jù)此接線采用單母線接線。110kV配電裝置采用戶外六氟化硫斷路器，戶外中式布置。低壓側(cè)為光伏電站電源進(jìn)線，電壓等級(jí)10kV，終期接線采用單母線分段接線，一期先上一段母線，電纜饋線10回，主變進(jìn)線1回，所變出線1回，SVG饋線1回。站用變?nèi)萘?×400kVA，負(fù)荷包括升壓站站區(qū)用電及采暖、動(dòng)力等負(fù)荷，站用電采用干式變壓器。根據(jù)Q/GDW 617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，無(wú)功補(bǔ)償選用SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，調(diào)節(jié)范圍從感性2Mvar至容性4Mvar連續(xù)可調(diào)。

1.3 主要電氣設(shè)備選擇及布置方案

光伏電站海拔高程在1102m-1127m之間，污穢等級(jí)屬Ⅲ級(jí)污穢區(qū)。因此110kV配電裝置采用戶外布置，10kV配電裝置采用戶內(nèi)布置方案。

1.3.1 光伏區(qū)設(shè)備

光伏區(qū)設(shè)計(jì)采用一個(gè)1MWp作為一個(gè)子單元。在這個(gè)子單元里有235MWp的多晶硅光伏板4280快；14路戶外匯流箱14個(gè)和兩個(gè)10路的戶外匯流箱；光伏板之間串并聯(lián)直流電纜約17km；一個(gè)逆變器室，逆變器室內(nèi)布置有一面通信柜、兩面各8路匯流柜、兩套500kW的并網(wǎng)逆變器；與逆變器室同向布置的還有一個(gè)1000kVA,10/0.27kV/0.27kV雙分裂升壓箱式變電站及10kV高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)，一期20MWp共20個(gè)子單元。

1.3.2 110kV配電裝置

110kV斷路器選用LW36-126型六氟化硫斷路器、電動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu)，戶外中式布置。

110kV電流互感器選用LVB-110型油浸式電流互感器。

110kV母線側(cè)電壓互感器選用TYD-110/√3-0.02H型電容式電壓互感器；線路側(cè)電壓互感器選用TYD-110/√3-0.01H型單相電容式電壓互感器。

110kV隔離開(kāi)關(guān)選用GW4A-110改進(jìn)型隔離開(kāi)關(guān)，配置電動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中線路側(cè)、母線電壓互感器間隔刀閘為雙接地型，其余刀閘為單接地刀。

1.3.3 10kV戶內(nèi)配電裝置

本工程10kV配電裝置選用KYN28A-12手車式金屬封閉中置式開(kāi)關(guān)柜。斷路器為VH4-EP-12型真空開(kāi)關(guān)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，本期工程開(kāi)關(guān)柜共15臺(tái)。

1.4 過(guò)電壓保護(hù)和接地方案

光伏發(fā)電工程一般有兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是光伏陣列區(qū)域，一個(gè)是升壓站區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域必須進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)及接地設(shè)計(jì)。

在光伏發(fā)電項(xiàng)目光伏區(qū)的設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)置防直擊雷保護(hù)，只是在戶外的匯流箱內(nèi)設(shè)置了防感應(yīng)雷的保護(hù)措施。根據(jù) 《電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)規(guī)程》在變電所內(nèi)設(shè)置4座30m高的獨(dú)立避雷針。為防止由送電線路侵入變電所的大氣過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的損壞，在各電壓母線、電纜饋線終端、變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)等處裝設(shè)氧化鋅避雷器。

升壓站接地裝置按《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，圍繞建筑物及屋外配電裝置敷設(shè)，主接地網(wǎng)由60X6的熱鍍鋅扁鋼和Φ50mm熱鍍鋅鋼管構(gòu)成的復(fù)合接地網(wǎng)，接地電阻≤0.5歐姆。本工程我們將光伏陣列區(qū)域和升壓站區(qū)域做成了一個(gè)接地網(wǎng)。

2 電氣二次設(shè)計(jì)

光伏電站電氣二次設(shè)計(jì)包括光伏區(qū)電氣二次設(shè)計(jì)和110kV升壓站電氣二次設(shè)計(jì)兩部分。

2.1 光伏區(qū)電氣二次設(shè)計(jì)

在光伏區(qū)逆變器室內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)采集柜、逆變器室監(jiān)控柜，柜內(nèi)含測(cè)控裝置、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖熔接盒等。一期光伏區(qū)監(jiān)控通過(guò)單模光纜接入光纖交換機(jī)，光纖交換機(jī)匯集后通過(guò)單模光纜直接接入升壓站監(jiān)控系統(tǒng)，升壓站有2臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，沒(méi)有單獨(dú)設(shè)置光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 升壓變電站控制、保護(hù)、測(cè)量和信號(hào)

升壓站電氣二次部分包括微機(jī)綜合自動(dòng)化后臺(tái)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、各間隔單元微機(jī)保護(hù)、繼電保護(hù)自動(dòng)裝置、直流操作電源、計(jì)量表計(jì)等。

2.2.1 微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本升壓站按無(wú)人值班、少人值守設(shè)計(jì)。電氣二次采用微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，本工程微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。其縱向分兩層：變電站層和間隔層，變電站層采用分布式結(jié)構(gòu)，就地監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)接口相互獨(dú)立。間隔層在橫向按變電所一次設(shè)備配置。

該系統(tǒng)能保證在無(wú)人值班的條件下安全可靠運(yùn)行,集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視、就地與遠(yuǎn)方控制操作(互為閉鎖)、保護(hù)及保護(hù)信息采集與監(jiān)視、中央信號(hào)、電能計(jì)量、主變有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)就地與遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)、10kV無(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)電容器、直流電源系統(tǒng)的就地與遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)、事故記錄、管理、打印報(bào)表、調(diào)度通訊等功能。全站設(shè)置微機(jī)五防操作閉鎖系統(tǒng)。

2.2.2 微機(jī)保護(hù)配置要求

a.主變壓器保護(hù)

配置有主保護(hù)、后備保護(hù)及非電量保護(hù)：

b.110kV微機(jī)線路光纖縱差保護(hù)

c.故障錄波自動(dòng)裝置

d.10kV線路保護(hù)e.10kV所用變保護(hù)f.10kV電容器保護(hù)

2.2.3 直流操作電源系統(tǒng)功能要求

本工程配置高頻開(kāi)關(guān)直流系統(tǒng)一套，配置電池容量200Ah，直流電壓220V，充電模塊按N+1原則配置，另外設(shè)10A充電模塊4只，其中3只工作，1只備用，監(jiān)控模塊1只，絕緣監(jiān)測(cè)模塊1只。直流操作電源成套裝置設(shè)置監(jiān)控模塊，具備通信接口，實(shí)現(xiàn)上傳。

2.2.4 安全穩(wěn)控裝置

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，除與一次系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)的快速、正確動(dòng)作有關(guān)外，還應(yīng)裝設(shè)安全自動(dòng)裝置，以防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞或事故擴(kuò)大，本光伏電站配置一套頻率電壓緊急控制裝置，具備低周、低壓、高周、高壓解列功能，解列點(diǎn)設(shè)置在110kV出線開(kāi)關(guān)。

2.2.5 相量測(cè)量裝置（PMU）

為了系統(tǒng)安全，按照新疆省調(diào)最新要求，本電站配置電力系統(tǒng)相量測(cè)量裝置，用于測(cè)量發(fā)電廠、電站內(nèi)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)事故預(yù)防。

3 結(jié)論

該項(xiàng)目于2011年6月17日核準(zhǔn)建設(shè)，并于2011年12月27日已正式投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電。從該工程的設(shè)計(jì)到施工，遇到了不少問(wèn)題，筆者體會(huì)到光伏電站的電氣設(shè)計(jì)與其它水電、風(fēng)電場(chǎng)的升壓站不同，應(yīng)注意的問(wèn)題主要有以下3點(diǎn)：

a.光伏區(qū)防直擊雷問(wèn)題：由于光伏陣列占地面積較大（一般一個(gè)20MWp多晶硅光伏陣列，占地約0.5km2），若采用傳統(tǒng)的避雷針進(jìn)行防直擊雷保護(hù)，在光伏區(qū)內(nèi)需設(shè)置近十幾個(gè)十幾米高避雷針，這樣在光伏板上會(huì)產(chǎn)生陰影，不但使光伏板發(fā)電效率降低，同時(shí)降低光伏板的使用壽命。目前在光伏發(fā)電項(xiàng)目光伏區(qū)的設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)置防直擊雷保護(hù)，只是在戶外的匯流箱內(nèi)設(shè)置了防感應(yīng)雷的保護(hù)措施。

b.光伏區(qū)匯集線架設(shè)方式設(shè)計(jì)：由于一般項(xiàng)目建設(shè)地區(qū)政府要求光伏電站既要作為能源教育基地又要作為旅游觀光基地，因此匯集線多采用埋設(shè)方式（電纜溝造價(jià)高），若按現(xiàn)有的其他規(guī)范要求，埋設(shè)一般不超過(guò)7根，而光伏區(qū)有大量的光伏板串并聯(lián)直流電纜、匯集電纜、通信電纜等，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)定的數(shù)量，挖一個(gè)溝無(wú)法滿足要求。本站采用多條電纜溝敷設(shè)。

c.升壓站的保護(hù)設(shè)置：光伏電站的升壓站除按規(guī)程規(guī)范的規(guī)定設(shè)置常規(guī)控制保護(hù)外，還應(yīng)考慮設(shè)置相量測(cè)量裝置（PMU）及安全自動(dòng)裝置，以滿足光伏電站并網(wǎng)要求。