龔雪峰，陳 宇

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

安寧河峽谷風(fēng)電場(chǎng)位于四川德昌縣麻栗、阿月、銀鹿等鄉(xiāng)境內(nèi)，距德昌縣城約5～15km。在可研設(shè)計(jì)階段推薦德昌縣安寧河左岸北部區(qū)域?yàn)楸撅L(fēng)電場(chǎng)一期工程場(chǎng)址區(qū)域，工程占地約8.5km2。場(chǎng)址區(qū)海拔高度在1 440～1 470m之間，地勢(shì)較開闊平坦，場(chǎng)區(qū)已有西攀高速公路、國(guó)道G108、成昆鐵路、高壓輸電線及民房等地物，地物相對(duì)較多。

全境屬高原河谷地帶，地形北高南低，螺髻山與耗牛山東西對(duì)峙，中間是安寧河谷，是安寧河谷平原的南延部分。安寧河河谷地區(qū)為北高南低的狹管狀地形，風(fēng)的狹管效應(yīng)明顯，南北向風(fēng)力大，且冬春季節(jié)季風(fēng)尤為明顯。

安寧河峽谷風(fēng)電場(chǎng)一期工程裝機(jī)容量16MW，風(fēng)機(jī)-機(jī)組變壓器采用單元接線方式，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)一臺(tái)箱式升壓變壓器將機(jī)端電壓由0.66kV升至10kV，經(jīng)3回10kV集電線路送至新建風(fēng)電場(chǎng)變電站10kV母線，經(jīng)主變升壓后通過1回110kV架空線路送至銀鹿變電站，線路長(zhǎng)度約7km。

2 電氣一次設(shè)計(jì)

2.1 接入系統(tǒng)方式

目前接入系統(tǒng)送電方案為：在銀鹿變擴(kuò)建一個(gè)110kV間隔，德昌風(fēng)電一回110kV出線，直接接入銀鹿110kV變電站，線路長(zhǎng)度約7km。

2.2 電氣主接線

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組宜采用湘電XE93-2000型風(fēng)機(jī)，單機(jī)容量2 000kW，本期8臺(tái)，風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)規(guī)模不大。電氣主接線的設(shè)計(jì)在滿足運(yùn)行可靠性的前提下，應(yīng)力求使電氣主接線和繼電保護(hù)配置簡(jiǎn)單、電站投資和電能損耗最小。根據(jù)以上原則，本電場(chǎng)電氣主接線設(shè)計(jì)如下：

(1) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與箱式變電站的組合方式。風(fēng)電場(chǎng)共安裝8臺(tái)單機(jī)容量為2 000kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為0.66kV，功率因數(shù)為0.98(在機(jī)端處補(bǔ)償后)。

由于各風(fēng)電機(jī)組之間相距較遠(yuǎn)，為降低發(fā)電機(jī)回路的電能消耗、減少發(fā)電機(jī)回路動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度和數(shù)量，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與變壓器擬采用一機(jī)一變單元接線方式。

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量，全場(chǎng)共選用8臺(tái)變壓器容量為2 400kVA的箱式變電站，箱式變電站放置于距風(fēng)電機(jī)組約20m的位置。

(2) 箱式變電站高壓側(cè)電壓和接線方式選擇。本風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量為2 000kW，額定電壓為0.66kV，箱式變電站低壓側(cè)電壓與發(fā)電機(jī)電壓匹配選用0.66kV，高壓出線側(cè)電壓可在10kV和35kV兩種電壓之間進(jìn)行選擇，兩種出線方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如下：

方案一：箱式變高壓側(cè)采用10kV電壓等級(jí)；

方案二：箱式變高壓側(cè)采用35kV電壓等級(jí)。

經(jīng)比較，方案一和方案二每回集電線路串接的箱變數(shù)量、出線回路相同，方案一出線占有的通道比方案二窄，投資相對(duì)較低，運(yùn)行費(fèi)低，但損耗相對(duì)方案二較高。綜合比較，本階段推薦方案一，即箱式變壓器升高電壓側(cè)取10kV。

(3)110kV風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站電氣主接線。本風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)16MW，發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)箱式變升壓至10kV，通過10kV電力電纜直埋或架空線路進(jìn)入110kV升壓變電站10kV配電裝置母線上，再經(jīng)變電站內(nèi)主變壓器升壓至110kV，通過一回出線與銀鹿變電站連接。

根據(jù)本風(fēng)電的裝機(jī)容量及出線電壓，在110kV變電站內(nèi)可設(shè)一臺(tái)升壓變壓器作為本風(fēng)電場(chǎng)升高電壓側(cè)接線方式。風(fēng)電場(chǎng)配套建設(shè)一座110kV升壓變電站， 選用一臺(tái)SFZ10-18000/121有載調(diào)壓變壓器，高壓側(cè)接線為變壓器—線路組接線(留出可擴(kuò)建的接口和場(chǎng)地)，低壓側(cè)接線為單母線接線(留出可擴(kuò)建的接口)，架設(shè)一回110kV線路接入系統(tǒng)變電站。

2.3 主要電氣設(shè)備選擇

2.3.1 短路電流計(jì)算

根據(jù)西南電力設(shè)計(jì)院提供的接入系統(tǒng)參數(shù)及廠家提供的發(fā)電機(jī)參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，升壓變電站10kV側(cè)三相短路電流為12.48kA。

2.3.2 主要電氣設(shè)備選擇

工程所處海拔高度約為1 500m，所以在選擇主要電氣設(shè)備時(shí)需考慮高海拔對(duì)電氣設(shè)備性能的影響。

(1)主變壓器選用一臺(tái)雙繞組有載調(diào)壓變壓器SFZ10-18000/121。

(2)110kV配電裝置。為節(jié)約投資，本風(fēng)電場(chǎng)110kV配電裝置采用敞開式設(shè)備，斷路器選用可靠性高、檢修周期長(zhǎng)、維護(hù)工作量少的戶外柱式SF6斷路器，其型號(hào)為L(zhǎng)W□□-126/1250。

(3)10kV配電裝置。為了提高供電可靠性，10kV配電裝置選金屬封閉戶內(nèi)成套裝置KYN【】-12開關(guān)柜內(nèi)，內(nèi)置真空斷路器。

(4)無(wú)功補(bǔ)償。為了補(bǔ)償110kV主變壓器的無(wú)功損耗，根據(jù)國(guó)家電力公司系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)規(guī)范要求，電容器的補(bǔ)償容量按照不小于容量的10%進(jìn)行補(bǔ)償。經(jīng)計(jì)算，本期在第一階段10kV母線上裝設(shè)2組容量各為1 000kvar的補(bǔ)償電容器組。

(5)箱式變電站。為了戶外變壓器安全可靠地運(yùn)行和安裝施工的簡(jiǎn)便，本風(fēng)電場(chǎng)選用具有運(yùn)行靈活、操作方便、免維修、價(jià)格性能比優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)的箱式變電站，型號(hào)為ZCB10-2400/10。

(6)電力電纜。為了減少電纜數(shù)量、提高電纜載流量，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)高低壓動(dòng)力電纜全部選用線芯允許溫度高、載流量大的交聯(lián)聚乙烯鎧裝電力電纜。

2.3.3 集電線路部分

德昌風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)16MW，風(fēng)機(jī)-機(jī)組變壓器采用單元接線方式，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)一臺(tái)升壓變壓器將機(jī)端電壓由0.66kV升至10kV，經(jīng)3回10kV集電線路送至新建風(fēng)電場(chǎng)變電站10kV母線，集電線路總長(zhǎng)約2km。

2.3.3.1 氣象條件

本線路設(shè)計(jì)氣象條件：最大設(shè)計(jì)風(fēng)速按30m/s計(jì)，導(dǎo)、地線最大設(shè)計(jì)覆冰統(tǒng)一按10mm計(jì)。具體氣象條件組合見表1。

表1 氣象條件組合

2.3.3.2 路徑方案介紹

(1)線路路徑總長(zhǎng)度盡可能短；

(2)比較美觀；

(3)直線段較長(zhǎng)，施工圖設(shè)計(jì)中更多地布置了水泥桿，以進(jìn)一步降低工程造價(jià)。

2.3.3.3 導(dǎo)線截面的選擇

線路設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線的截面積：對(duì)應(yīng)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)不超過3 000h的鋼芯鋁絞線經(jīng)濟(jì)電流密度為1.65/mm2,按該值計(jì)算，本工程1～6號(hào)機(jī)組回流母線出現(xiàn)的最大電流與LGJ-120/20的鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流相近，7、8號(hào)機(jī)組回流母線出現(xiàn)的最大電流與LGJ-95/20的鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流相近，在充分考慮投資經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，采用LGJ-120/20和LGJ-95/20兩種規(guī)格導(dǎo)線。

2.3.3.4 絕緣配合

(1) 絕緣子串選擇。根據(jù)全國(guó)污穢等級(jí)劃分，本工程為Ⅰ類地區(qū)，絕緣子選擇普通型XP-70?？紤]海拔修正系數(shù)，懸垂絕緣子串為XP-70型4片/串，耐張絕緣子串為XP-70型5片/串。絕緣子主要使用情況見表2。

表2 絕緣子選擇

(2) 檔距中央導(dǎo)線與避雷線間的距離。檔距中央導(dǎo)線與避雷線間的距離應(yīng)根據(jù)下式計(jì)算：

S=0.012l+l

式中S——檔距中央導(dǎo)線與避雷線間的距離；

l——檔距長(zhǎng)度。

檔距中央導(dǎo)線與避雷線間的距離應(yīng)滿足上式要求。

2.3.4 過電壓保護(hù)及接地

2.3.4.1 升壓變電站過電壓保護(hù)和接地

升壓站110kV配電設(shè)備采用屋外敞開式，在110kV出線構(gòu)架上用一根構(gòu)架避雷針作為直擊雷保護(hù)。

為防止沿輸電線路侵入波及操作過電壓對(duì)電氣設(shè)備的侵害，在升壓站110kV進(jìn)線處設(shè)置氧化鋅避雷器。

升壓站接地均按復(fù)合接地網(wǎng)設(shè)計(jì)。水平接地體為網(wǎng)格狀，兼作升壓站均壓帶。

2.3.4.2 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)電氣設(shè)備的過電壓保護(hù)和接地

風(fēng)機(jī)自身具有雷電保護(hù)功能，配有避雷針，所有關(guān)鍵部位的部件均有電壓平衡裝置。箱式變壓器由于布置在風(fēng)機(jī)塔筒附近，其直擊雷保護(hù)在風(fēng)機(jī)本身保護(hù)范圍內(nèi)，不再單獨(dú)考慮。

為防止線路側(cè)的雷電侵入波及10kV電纜母線的雷電感應(yīng)過電壓的侵害，每臺(tái)箱變高壓側(cè)裝設(shè)一組氧化鋅避雷器。風(fēng)機(jī)本身的過電壓保護(hù)比較完善，而發(fā)電機(jī)到箱變間采用電力電纜，為保護(hù)變壓器，在箱式變壓器低壓側(cè)也裝設(shè)一組氧化鋅避雷器。

本風(fēng)電場(chǎng)工程按一機(jī)一變?cè)O(shè)計(jì)，箱式變壓器均布置于風(fēng)機(jī)旁，初步考慮在每臺(tái)風(fēng)機(jī)及箱變附近敷設(shè)25m×25m的水平接地網(wǎng)，在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)部位設(shè)置9根垂直接地極與接地網(wǎng)連接，組成風(fēng)機(jī)復(fù)合接地網(wǎng)。風(fēng)機(jī)、箱式變壓器共用復(fù)合接地網(wǎng)。

2.3.5 照 明

升壓站內(nèi)設(shè)置正常照明和事故照明。正常照明電源為交流220V，事故照明電源為直流逆變成交流220V。

各建筑物室內(nèi)采用熒光燈或節(jié)能燈。

站區(qū)內(nèi)沿道路設(shè)置庭院照明燈具，在綠化帶內(nèi)設(shè)置草坪燈。

2.4 升壓變電站電氣一次設(shè)備布置

升壓變電站布置在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)，主要基于以下三點(diǎn)考慮：一是升壓站110kV出線可較順暢地與接入系統(tǒng)變電站相連；二是將升壓站布置在相對(duì)較平整處便于施工，且靠近國(guó)道；三是盡可能將升壓站布置在風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)中心，以節(jié)省集電線路的長(zhǎng)度。

整個(gè)升壓站除配電盤柜外均采用屋外式，設(shè)有電容器室、10kV高壓開關(guān)柜、站用變及低壓配電室、工具室等。

3 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目是四川省第一個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目，有較強(qiáng)的示范效應(yīng)，項(xiàng)目建設(shè)將會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)四川省風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，并為安寧河流域風(fēng)電開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)，為四川的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模化打下良好的基礎(chǔ)。該方案已于2009年10月19日通過水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院審查。