長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 周慧娟

三十六灣風(fēng)電場工程電氣一次系統(tǒng)設(shè)計

長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 周慧娟

風(fēng)電場電氣系統(tǒng)主要由一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)組成。本文分析研究了三十六灣風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計，對接入系統(tǒng)、主接線、電氣設(shè)備的選擇與布置等方面進行了研究，希望對相關(guān)研究領(lǐng)域提供借鑒意義。

風(fēng)電場；電氣一次系統(tǒng)；設(shè)計

1.前言

三十六灣風(fēng)電場位于湖南省郴州市臨武縣北部，距臨武縣區(qū)直線距離約25km，場址區(qū)域以山地為主，海拔高度在900m～1550m之間，起伏較大，風(fēng)電場所在區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，因南北氣流受南嶺山脈影響，形成了四季分明、雨量充沛、春早多變、夏熱期長、秋晴多旱、冬寒期短的氣候特點，年平均氣溫18℃，年平均降雨量在1022～1917mm之間，年平均日照時數(shù)1569h，無霜期290d，年平均雷暴日數(shù)約60d，冬春季風(fēng)速較大，夏秋季風(fēng)速較小，風(fēng)向以偏北風(fēng)居多[1，2]。

截至2013年底，郴州市境內(nèi)電源總裝機容量為194.3萬kW（不含華潤鯉魚江電廠，下同），其中水電裝機168.1萬kW，火電裝機22.6萬kW，其它新能源（風(fēng)電）3.6萬kW，并入湖南省電網(wǎng)的電源裝機容量為147.7萬kW。

2.電氣一次系統(tǒng)設(shè)計

2.1 接入系統(tǒng)方式

三十六灣風(fēng)電場裝機規(guī)模為48MW，安裝24臺單機容量為2000kW的風(fēng)力發(fā)電機組。根據(jù)接入系統(tǒng)報告三十六灣風(fēng)電場通過1回110kV線路接入郴州臨武縣110kV月家?guī)X變，新建線路長度約20km，導(dǎo)線型號為LGJ-400。本工程與電網(wǎng)的計量點設(shè)在本風(fēng)電場110kV升壓站送出線路的出口側(cè)。

2.2 電氣主接線

2.2.1 風(fēng)電場電氣接線

a）風(fēng)力發(fā)電機組與箱式變壓器的組合方式

風(fēng)力發(fā)電機組單機容量為2000kW，出口電壓為0.69kV。風(fēng)電機組接線方式推薦采用一機一變單元接線方式，箱變?nèi)萘窟x用2200kVA。該接線具有電能損耗少、接線簡單、操作方便、任意一臺風(fēng)力發(fā)電機組故障不會影響其它風(fēng)力發(fā)電機組正常運行等優(yōu)點。箱變就近布置在風(fēng)機旁，箱變高壓側(cè)采用并聯(lián)接線方式。

b）集電線路方案

集電線路電壓有10kV和35kV兩種電壓可供選擇，輸電線路可選擇電纜或架空線。由于風(fēng)機所在海拔高成高(1000m～1500m)，風(fēng)速大，架空線方案安全可靠性很低，且冬季溫度低，覆冰層厚，容易發(fā)生事故，架空線方案易出現(xiàn)遭雷擊、絕緣子污閃等故障，而且架空線美觀性較差，后期維護成本高，損耗也比電纜方案大故本階段推薦采用電纜方案。根據(jù)升壓站位置、風(fēng)機位置，選擇10kV電纜方案將大大加長電纜方案，經(jīng)濟上不可行，故本階段集電線路方案采用35kV電纜方案。

2.2.2 110kV升壓站電氣主接線

a）升壓站110kV側(cè)接線

考慮到有湘電新能源有限公司在本區(qū)東山風(fēng)電場(100MW)接入本風(fēng)電場110kV升壓站，升壓站最終規(guī)模按148MW設(shè)計，安裝2臺主變，110kV側(cè)最終接線為單母線接線，共建設(shè)兩個主變進線間隔、一個出線間隔及一個PT間隔。本風(fēng)電場工程建設(shè)1臺容量為50MVA的主變，并建設(shè)110kV母線、一個主變進線間隔、一個出線間隔及一個PT間隔。

b）升壓站35kV側(cè)接線

35kV側(cè)最終建設(shè)兩段母線，兩段母線之間不設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，本工程建設(shè)35kVⅠ段母線。本工程24臺風(fēng)電機組分別由3組35kV集電電纜接入風(fēng)電場110kV升壓站35kV高壓開關(guān)柜。35kVⅠ段母線上安裝8面35kV高壓開關(guān)柜。

3.主要電氣設(shè)備選擇

3.1 短路電流計算

根據(jù)風(fēng)電場接入系統(tǒng)設(shè)計短路電流計算，2015年系統(tǒng)提供至110kV月家?guī)X變電站正序阻抗0.07031。風(fēng)力發(fā)電機、箱式變壓器、線路等均只計電抗，忽略電阻。基準(zhǔn)容量為100MVA，基準(zhǔn)電壓分別為115kV、37kV和0.70kV。風(fēng)電場短路電流計算結(jié)果如表1所示：

表1 短路電流計算結(jié)果

本風(fēng)電場110kV側(cè)電氣設(shè)備短路電流水平按40kA進行選擇，35kV側(cè)電氣設(shè)備短路電流水平按31.5kA進行選擇。

3.2 主要電氣設(shè)備選擇

選擇主要電氣設(shè)備時，按照設(shè)備的額定電流、短路開斷容量、最大關(guān)合電流峰值、額定峰值耐受電流、額定短時耐受電流和持續(xù)時間等參數(shù)值進行選擇，并留有一定裕度。

（1）本工程裝機容量48MW，主變壓器選擇1臺容量為50MVA的三相銅芯雙繞組內(nèi)設(shè)平衡線圈有載調(diào)壓油浸電力變壓器（防污型）。

（2）110kV高壓配電裝置為戶內(nèi)布置，采用GIS設(shè)備。斷路器額定電流為1250A，額定開斷電流為40kA；隔離開關(guān)額定電流為1250A，額定短時耐受電流為40kA；快速接地開關(guān)短時耐受電流為40kA；接地開關(guān)短時耐受電流為40kA；CT變比為300/5A 、300-600/5A，精度為0.2s/0.5/5P30/5P30；出線PT變比為110//0.1//0.1kV；母線PT變比為110//0.1//0.1//0.1kV。

（3）35kV配電裝置選用戶內(nèi)成套裝置KYN61-40.5金屬封閉開關(guān)設(shè)備，采用加強絕緣結(jié)構(gòu)，一次元件主要包括斷路器、操動機構(gòu)、電流互感器、避雷器等，采用抽出式安裝，為單母線接線方式，運行靈活、供電可靠。

（4）本工程35kV母線上裝設(shè)1臺接地變壓器兼作站用變壓器，接地變壓器選用三相、干式變壓器，容量1250kVA，二次側(cè)容量為250kVA，額定電壓比35±2×2.5%/0.4kV，接線組別ZN，yn11。

（5）無功補償裝置。在35kVⅠ段母線上裝設(shè)一組容量為9Mvar的SVC動態(tài)無功補償裝置。

（6）箱式變電站。為了使戶外變壓器安全可靠地運行和安裝施工的簡便，本風(fēng)電場選用具有運行靈活、操作方便、免維修、性價比較優(yōu)的風(fēng)電組合式變電站，型號為ZGS-Z.F-2200/35。

（7）電纜選擇。為了減少電纜數(shù)量、提高電纜載流量，風(fēng)電場內(nèi)高低壓動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。

3.3 電氣設(shè)備布置

3.3.1 電纜布置

風(fēng)電場的集電電纜采用直埋敷設(shè)，直埋敷設(shè)的埋深為800mm，溝底鋪細砂或篩過的土，且沿全長以磚或水泥板遮蓋。

3.3.2 110kV配電裝置布置

110kV主變采用戶外布置，布置于35kV配電裝置室與110kV戶內(nèi)GIS室之間；110kV配電裝置采用戶內(nèi)設(shè)備，布置升壓站的北邊。

設(shè)計中考慮設(shè)備運輸、電氣和防火距離的要求，主變壓器與35kV配電裝置之間采用共箱母線連接。

3.3.3 35kV配電裝置、站用變、無功補償裝置布置

35kV配電裝置設(shè)備采用KYN61-40.5鎧裝型移開式金屬封閉開關(guān)柜，室內(nèi)單列布置，布置于主變壓器南側(cè)；35kV接地兼站用變壓器布置于綜控樓內(nèi)；10kV備用站用變壓器布置在控制樓內(nèi)的站用配電室內(nèi)；共設(shè)6面低壓配電屏。

35kV動態(tài)無功補償裝置采用戶外布置，布置于升壓站的西邊邊。設(shè)計中考慮運輸、電氣和防火距離的要求。

4.結(jié)束語

變電站是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)的主要監(jiān)控點[3,4]。本文通過分析比較，對三十六灣風(fēng)電場變電站電氣一次部分進行合理地設(shè)計，對保證電網(wǎng)的安全供電及經(jīng)濟方面均有著重要的意義。

[1]周慧娟.三十六灣風(fēng)電場風(fēng)能資源的評估與分析[J].電子世界,2013,21:44-45.

[2]周慧娟.三十六灣風(fēng)電場建設(shè)中的風(fēng)力發(fā)電機組選型研究[J].風(fēng)能,2015(12):94-97.

[3]龔雪峰,陳宇.安寧河峽谷風(fēng)電場(一期)工程電氣一次設(shè)計[J].水電站設(shè)計,2012,28(4):52-54.

[4]任孝良.關(guān)于風(fēng)電場設(shè)計相關(guān)問題的探討[J].產(chǎn)業(yè),2012,10:58-60.

周慧娟，女，湖南人，碩士，長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)。