(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

風能作為清潔能源之一，在我國被大力推廣利用。目前，我國風力發(fā)電累計裝機總量達到214.2GW，占全球風電總裝機量的35%以上，發(fā)展前景廣闊。而在風力發(fā)電項目建設中，風力發(fā)電場電氣設備設計是重要的設計內(nèi)容。

1 工程概況

本風電項目為新疆生產(chǎn)建設兵團五家渠鑫垣六師北塔山風區(qū)開發(fā)建設的100MW風電項目，是我國規(guī)劃建設的準東能源基地(共計120萬kW風電項目)的組成部分。本風電場距奇臺縣城143km，交通狀況良好。根據(jù)推薦接入方案，五家渠鑫垣六師北塔山牧場100MW風電項目新建1座110kV升壓站(見表1)。

表1 五家渠北塔山牧場100MW風電項目110kV升壓站規(guī)模

2 風電場電氣主接線設計

2.1 箱式變低壓側(cè)接線方式設計

該風電場設計安裝45臺2200kW風力發(fā)電機組，機組出口電壓設計值0.69kV，并配套45臺組合箱式變壓器。發(fā)電機組和變壓器之間的連線方式為對號串聯(lián)，互不干擾[1]。

組合箱式變壓器的容量為2350kVA，安設位置設計在以發(fā)電機組為圓心、半徑不超過20m的范圍內(nèi)，在其低壓側(cè)配置低壓斷路器，箱式變低壓側(cè)至風力發(fā)電機地面控制柜選用6根ZR-YJV23-0.6/1-3×240+1×120型電力電纜連接[2]。

2.2 箱式變高壓側(cè)接線方式設計

由于本風場單機容量較大，為了降低電能在傳輸過程中的損耗，設計采用35kV高壓傳輸，接線方式為匯流干線，架空線路，避免對地面建筑的影響，提升電力傳輸?shù)陌踩浴?/p>

根據(jù)本項目發(fā)電機組和變壓器的布置形式，設計4回集電線路，每一路連接10或12臺箱式變壓器，容量為22MW或26.4MW。箱式變高壓側(cè)設計相應的負荷開關以及斷容器起到保護作用，并利用電纜(型號：ZR-YJV23-26/35-3×70)與35kV架空輸電線路相連接，35kV電纜與架空輸電線路T接處設檢修用防風型跌落式熔斷器和氧化鋅避雷器[3]。

2.3 機組和電網(wǎng)連接線

本項目發(fā)電機組電能通過導線(型號：LGJ-240/30)輸送至110kV升壓站外，再采用3根ZR-YJV62-26/35-1×300型交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜引接至風電場110kV升壓站35kV電纜饋線柜，實現(xiàn)與電網(wǎng)的連接。

3 短路電流和電氣設備設計

3.1 短路電流計算

根據(jù)本工程接入系統(tǒng)報告提供的數(shù)據(jù)，預測2030年風電場110kV升壓站35kV母線系統(tǒng)處的短路電流(見表2)，以此設計本項目主要電氣最大承受短路電流值：110kV電壓等級為40kA；35kV電壓等級為31.5kA[4]。

表2 短路電流計算數(shù)據(jù)

3.2 主要電氣設備選擇

本項目依據(jù)《導體和電器選擇設計技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5222—2005)的規(guī)定，升壓站中相關的電氣設備技術(shù)參數(shù)選擇嚴格以額定工作條件為標準，校驗標準為短路情況下的熱穩(wěn)定。

a.主變壓器選擇。本項目選取1臺主變壓器(見表3[5])。該產(chǎn)品具有負載損耗小、結(jié)構(gòu)簡單(內(nèi)部硅鋼片和變壓油量減少)等優(yōu)點。

表3 主變壓器參數(shù)

續(xù)表

b.110kV電氣設備選擇及絕緣水平。本項目110kV相關GIS設備被安置在戶外，信號接收更好(表4)。相關系統(tǒng)的絕緣水平主要參考雷電過電壓值，達到這一水平后基本上可耐受操作過程中的過電壓問題。相關絕緣水平見表5，經(jīng)核算后完全符合相關要求[6]。

表4 110kV主要設備選擇技術(shù)參數(shù)

表5 110kV電氣設備的絕緣水平

c.35kV電氣設備選擇及絕緣水平。本項目35kV配電裝置高壓開關設備型號為KYN 40.5型，在戶內(nèi)呈雙列布置。斷路器、互感器等型號見表6，電氣設備絕緣水平見表7。

表6 主要設備技術(shù)參數(shù)

4 升壓站接地設計

升壓站接地可保障人員和設備不受短路故障、雷電侵入等損害；而且能夠及時將設備外殼靜電消除，保證其安全運行。

表7 電氣設備絕緣水平

4.1 站址土壤電阻率分析

根據(jù)項目區(qū)地質(zhì)報告資料，升壓站土壤電阻率為560～600Ω·m左右，電阻率級別較高，最大凍土層深度200cm，地基土中含有酸性物質(zhì)，定義為中等腐蝕性。本工程設計擬采用黃土和成品接地來達到降阻目的。

4.2 接地裝置設計技術(shù)

按照相關規(guī)范，本項目圍繞建筑物和屋外設備敷設閉合條形接地網(wǎng)，打造有效接地系統(tǒng)和低電阻接地系統(tǒng)，設計接地電阻滿足R≤2000/IG。

本項目升壓站接地網(wǎng)遵循“水平接地體為主，垂直接地體為輔”原則。接地線熱穩(wěn)定以單相接地短路電流為標準，分流系數(shù)設計為75%；水平接地體為熱鍍鋅扁鋼(型號：-60×6)，垂直接地體成品接地模塊，110kV設備接地引下線、主變壓器、戶外接地、引下線截面均采用-60×8熱鍍鋅扁鋼，接地網(wǎng)壽命按30年計算，所選材料滿足熱穩(wěn)定的要求，水平接地體的深度要求較大，應大于最大凍土層厚度。為有效降低接地電阻值，本工程將升壓站接地網(wǎng)與光伏區(qū)可靠連接。

設備接地：全站一次電氣設備基礎及外殼均通過接地支線兩點同主接地網(wǎng)相連，凡有二次回路的一次設備均要求采用兩根接地線，接入主接地網(wǎng)不同位置；設計在110kV及35kV的氧化鋅避雷器以及帶操作箱的電氣設備四周設置均壓地面或絕緣地坪，使接觸電勢小于允許值，保證人身安全。

5 結(jié) 語

風力發(fā)電作為綠色能源，在我國已列入發(fā)展規(guī)劃中，尤其是當前環(huán)保壓力日益增大的背景下，其必然受到越來越多的重視。五家渠北塔山牧場100MW風電項目電氣設備設計充分參考其他工程經(jīng)驗，并嚴格按照國家標準實施，達到了100%合格率，為其他風電項目提供借鑒。