高林濤，張偉，盧成志，董暢

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

風電場風機移位工程集電線路設計

高林濤，張偉，盧成志，董暢

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

根據(jù)山西廣靈甸頂山風電場的實際情況，利用風機移位的方式來提高風機發(fā)電量。介紹了集電線路方案的選擇、線路路徑的確定、電纜上塔平臺的設計以及電纜敷設中需要注意的問題，并對項目進行了經(jīng)濟評價。通過集電線路設計，驗證了風機移位工程的可行性和合理性，為風電場項目提供了工程依據(jù)。

風電場；風機移位；集電線路；電纜敷設

0 引言

山西廣靈甸頂山風電場位于大同市廣靈縣，總裝機容量為150MW，分別為甸頂山一期（49.5MW）、甸頂山二期（49.5MW）和甸頂山三期（49.5MW）。廣靈甸頂山一、二期已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電，2012年6月至2013年5月一年利用小時數(shù)分別是2188h、1424h。其中，二期41#、47#風機2012年6月至2013年5月間利用小時數(shù)分別是949h、680h，遠低于二期平均水平。通過統(tǒng)計廣靈甸頂山風電場二期風機故障停機時間與2013至2015年各臺發(fā)電量，并根據(jù)風電場3座測風塔實測風速序列，參考廠家給出的風機功率曲線，進行發(fā)電量理論計算，對二期風機理論發(fā)電量與實際值做單臺對比分析發(fā)現(xiàn)：廣靈甸頂山二期2012年6月至2013年5月發(fā)電量較低，是由于風機功率曲線未達到設計值，而41#、47#風機發(fā)電量低于全場平均值是由于風資源較差于周圍風機。

因此提出通過風機移位的方式來提高41#、47#風機發(fā)電量。針對山西廣靈甸頂山風電場的現(xiàn)場實際情況，合理選擇集電線路方案，優(yōu)化確定線路路徑及塔架設計，正確處理線路實施方案中遇到的問題，從而達到提高風機發(fā)電量的目的。

1 集電線路方案的選擇

1.1 架空線路

架空線路是一種應用成熟廣泛的輸電方式，可靠性較高，安全性良好，并且這種輸電方式的造價相對經(jīng)濟[1]。對于山西廣靈甸頂山風電場工程而言，氣象條件對架空線路有較大的影響，由于采用架空線，導線裸露在空氣中，受周圍環(huán)境影響較大。工程場地有覆冰現(xiàn)象，勢必會對架空線路造成影響，容易發(fā)生導線、地線拉斷事故，需要采取相關措施，如加大導線的鋼芯截面、減小檔距等，進而增加工程投資[2-5]。另一方面，每臺移位風機的分支線路需要并入主集電線路，由于并入點的鐵塔是雙回路鐵塔，在分支導線接入主集電線路時會有交叉跨越，不能保證足夠的電氣安全距離。

1.2 電纜線路

對于電纜線路而言，采用直埋電纜敷設，電纜線路埋設在地下，不受周圍氣象環(huán)境的影響，能夠使集電線路運行期間發(fā)生故障的概率大大降低。由于電纜線路敷設在地下，因此很少會發(fā)生雷擊情況，防雷接地較為簡單，電纜線路接地費用相對較低[6-8]。同時，日常的維護和檢修也較為方便、直接，主要對電纜中間接頭和電纜終端進行檢查即可。另外，電纜線路基本上沿風電場道路敷設，可充分利用風電場內施工道路進出現(xiàn)場來完成施工作業(yè)。整體施工安裝相對簡單，造價低，施工的周期時間也大大縮短[9,10]。

綜上所述，根據(jù)甸頂山風電場現(xiàn)場實際情況，工程選用電纜線路作為集電線路敷設方式。每條線路以電纜敷設的方式進行施工，移位之后的風機自箱變電纜引出后通過直埋電纜敷設至離風機最近的鐵塔，然后并入風機原先所在回路的架空線路中。

2 集電線路設計

2.1 電纜線路路徑

甸頂山風電場風機移位工程共涉及A、B兩條電纜線路，共2臺風機，41#風機移位至B11點，47#風機移位至B10點。每條線路連接一臺風機，電纜型號是YJV23-26/35-3×50mm2型電纜。其中：

新建A線電纜路徑總長為90m，路徑為B11-N3鐵塔；

新建B線電纜路徑總長為110m，路徑為B10-N5鐵塔。

A線、B線集電線路均為電纜敷設方式，41#、47#風機移位之后自箱變電纜引出后通過直埋電纜敷設至離風機最近的N3、N5鐵塔，然后并入風機原來所在回路的架空線路中。

其中，移位之后的B11風機通過A線電纜敷設至鐵塔N3，由于移位之前的41#風機所在回路為第一回路，因此B11風機仍然并入第一回路，鐵塔N3靠近B11風機的一側回路為第一回路，故電纜引上塔到這條回路。

移位之后的B10風機通過B線電纜敷設至鐵塔N5，由于移位之前的47#風機所在回路為第二回路，因此B10風機仍然并入第二回路，鐵塔N5靠近B10風機的一側回路為第二回路，故電纜引上塔到這條回路。風機移位之后的電纜路徑如圖1所示。

圖1 風機移位電纜路徑圖

2.2 電纜上塔平臺設計

由每臺風機的升壓箱變引出單回單根電纜直埋敷設至鄰近的N3、N5鐵塔，電纜選用YJV23-26/35-3× 50mm2電力電纜。原始N3、N5鐵塔如圖2、圖3所示。

針對甸頂山風電場風機移位工程設計了電纜上塔平臺，平臺距地面高6m，通過將電纜上塔平臺安裝在鐵塔上，大大提高了電纜頭的安全可靠性，同時這種高度的電纜平臺不易遭到破壞，也方便每個回路的檢修和維護。

圖2 N3鐵塔原始圖

圖3 N5鐵塔原始圖

山西廣靈甸頂山風電場原電纜上塔方式為通過跌落保險與集電線路主回路連接，但是這種接法在甸頂山風電場故障頻發(fā)，因此結合現(xiàn)場實際情況，風機移位工程將跌落保險更換為跳線，且通過并溝線夾直接連接到主回路。電纜上塔平臺如圖4、圖5所示。

3 電纜敷設需注意的問題

3.1 電纜的敷設方式

甸頂山風電場風機移位工程電纜大部分采用直埋敷設方式，經(jīng)過風機平臺和道路時采用直埋加保護管的敷設方式，保護管內徑不小于電纜外徑的1.5倍。電纜敷設路徑總體原則是沿場內道路敷設，全部電纜盡可能沿道路的一側敷設，進而減少道路穿越及電纜穿保護管。道路一側帶排水溝，盡量沿不帶排水溝一側敷設，以減少工程開挖量。

3.2 直埋電纜敷設要求

甸頂山風電場風機移位工程采用直埋電纜敷設方式，埋深需不小于0.8m。直埋電纜上下緊鄰側鋪以不少于100mm厚度的軟土或細砂，上方0.3m處加電纜保護板保護，保護板采用鋼筋混凝土預制，兩側保護板向外延伸需不小于50mm，保護板上應鋪醒目電纜表示帶。各處電纜轉彎的轉彎半徑都不小于電纜直徑的15倍，每隔30-40m和轉彎處均在顯著位置埋設標志樁。電纜敷設斷面圖如圖6所示。

甸頂山風電場風機移位工程敷設電纜至鄰近鐵塔過程中存在山坡地形，當坡度超過25°時，需要對敷設電纜用錨固角鋼進行固定，甸頂山風電場工程采用錨固角鋼的型號為L40×3×450，錨固角鋼的錨固深度不小于250mm，如錨固處為巖石，則錨固深度不小于150mm，錨入巖石用混凝土封固。在地形坡度是25° -35°時，每間隔6-8m設置一處進行固定；在地形坡度達到35°-45°時，每間隔5-6m設置一處；當?shù)匦纹露仁?5°以上時，每間隔3-4m設置一處。錨固角鋼安裝圖如圖7所示。

3.3 接地

圖4 N3鐵塔電纜上塔示意圖

圖5 N5鐵塔電纜上塔示意圖

圖6 電纜敷設斷面圖

圖7 錨固角鋼安裝圖

甸頂山風電場風機移位工程中電纜引上塔的平臺安裝避雷器1組，型號為：YHW51/134（帶在線監(jiān)測儀）。其中避雷器接地采用RV-25絞線與桿塔接地裝置良好連接，雷雨季節(jié)干燥時的接地電阻不大于10Ω。

3.4 光纜

對于甸頂山風電場風機移位工程，新建光纜包括每臺風機至箱變、風機至鐵塔之間的普通埋地光纜，其中風機至箱變光纜型號為GYFTA53-8B1，風機至鐵塔間光纜型號為GYFTA53-16B1。

直埋線路光纜采用GYFTA53型鎧裝光纜，光纜直埋引入風機，光纖總芯數(shù)為16芯。引入箱變的GYFTA53光纜，引自風機，光纖總芯數(shù)為8芯。引入風機及箱變的GYFTA53光纜需要鎧裝良好接地。

4 項目經(jīng)濟性評價

4.1 資金來源籌措

山西廣靈甸頂山風電場風機移位項目靜態(tài)投資為673.43萬元，建設期利息為5.67萬元，不計列流動資金，項目總投資是靜態(tài)投資、建設期利息與流動資金的總和，為679.10萬元。

甸頂山風電場風機移位項目為利用國內銀行貸款項目，項目建設資金由資本金和內資貸款組成，資本金占總投資的20%，為131.90萬元。利用國內銀行長期貸款額度為527.59萬元，其中建設期利息為5.67萬元，年利率為6.52%，按照等額還本利息照付進行還款，還款期15a。

4.2 清償能力分析

甸頂山風電場風機移位項目可用于還貸的資金來源為發(fā)電利潤、折舊費和短期借款。

在工程建設投資借款償還過程中，首先利用還貸折舊償還貸款，剩余部分利用未分配利潤償還，折舊還貸比例取100%。甸頂山風電場風機移位項目能夠按期還本付息。

4.3 盈利能力分析

甸頂山風電場風機移位項目經(jīng)營期按16a計算，以風電電價0.61元/kWh（含稅）進行財務評價，主要財務指標見表1。

項目自有資金內部收益率為73.29%，具有非常好的盈利能力。

4.4 敏感性分析

根據(jù)項目特點，測算固定資產(chǎn)投資、上網(wǎng)電量及電價等不確定因素單獨變化時，對投資回收期、全部投資財務內部收益率及資本金內部收益率的影響，結果見表2。

根據(jù)敏感性分析表可知，甸頂山風電場風機移位項目具有很強的抗風險能力。

5 結語

山西廣靈甸頂山風電場項目為風機移位工程，利用風機移位的方式來提高風機發(fā)電量。在綜合考慮發(fā)電量、道路、集電線路等條件的情況下，最終確定B10、B11點位，其利用小時數(shù)分別是2050h、1850h。廣靈二期41#、47#風機移位至一期B10、B11位置后，會對周邊風機發(fā)電量產(chǎn)生影響，經(jīng)過計算，風機移位后廣靈一、二期整體發(fā)電量提升3114MWh，移位風機平均每臺年利用小時數(shù)增加944h。按照風電有關財稅規(guī)定和相關投資項目經(jīng)濟評價辦法，對增量投資進行經(jīng)濟評價，資本金內部收益率為73.29%，經(jīng)濟效益好。

通過架空線路和電纜線路的對比，采用了電纜敷設的方式進行施工。合理的選擇線路路徑，電纜線路沿風電場道路敷設，可充分利用風電場內施工道路完成作業(yè)。根據(jù)風電場現(xiàn)場運行情況設計了電纜上塔平臺，整體施工安裝相對簡單，造價低，施工的周期較短，日常的維護和檢修也較為方便、直接。通過山西廣靈甸頂山風電場風機移位工程的集電線路設計，驗證了風機移位的可行性和合理性，給風電場項目提供了工程依據(jù)，具有一定的工程實際意義。

表1 財務指標匯總表

表2 敏感性分析表

[1] 孟遂民.架空輸電線路設計[M].北京：中國三峽出版社,2001.

[2] 許建安.35-110kV輸電線路設計[M].北京：中國水利水電出版社, 2003.

[3] GB50061-2010,66kV及其以下架空電力線路設計及規(guī)范[S].

[4] 牛清華.關于風電場集電線路的優(yōu)化設計[J].水利水電工程設計, 2012,31(4)：36-38.

[5] 陳博.風電場中的集電線路[J].上海電力,2008，(6)：507-509.

[6] 戈東方.電力工程電氣設計手冊[M].北京：水力電力部西北電力設計院,1996.

[7] 鄒穎博,沈家正.黑河大黑山風電場一期工程35kV電纜集電線路簡介[J].水利水電工程設計,2014,33(2)：26-27.

[8] 劉軍,劉慶超,魏超.風電場集電線路路徑優(yōu)化研究[J].發(fā)電與空調, 2015，(36)：34-38.

[9] 孫珂,劉建琴.輸電線路差異化設計分析[J]. 電力技術經(jīng)濟,2009,21 (2)：42-45.

[10] 肖智. 風電場集電線路工程施工常見問題分析及其對策建議[J].能源技術經(jīng)濟,2011,23(10)：42-45.

修回日期：2016-10-11

Design of Electric Transmission Line of Wind Turbines Shift Engineering in Wind Farm

GAO Lin-tao，ZHANG Wei，LU Cheng-zhi，DONG Chang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

According to the actual situation in Shanxi Guangling Dianding mountain wind farm,it uses the wind turbines shift engineering to improve the wind turbine power generation.This paper introduces the selection of the scheme of electric transmission line, line route determination, the design of platform for cable climbing the tower and problems to be focused in cable laying, and carries out economic evaluation of the project. By the design of electric transmission line,it verifies the feasibility and rationality of the wind turbines shift engineering and provides engineering basis for wind farm project.

wind farm；wind turbines shift engineering；electric transmission line；cable laying

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.014

TM315

B

2095-3429（2016）06-0050-05

高林濤（1988-），男，河南南陽人，工學碩士，工程師，主要從事輸變電設計研究工作。

2016-08-17