[摘 要]隨著“3060”碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實施，大容量風(fēng)電基地將不斷出現(xiàn)，未來風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量越來越大，集電線路采用66 kV電壓等級，由于其在投資和電能損耗方面的優(yōu)勢，將是風(fēng)電場發(fā)展的必然趨勢。文章對35 kV與66 kV集電線路的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，以期為相關(guān)人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]碳達(dá)峰；碳中和；大型風(fēng)電基地；集電線路；66 kV

[中圖分類號]TM862 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0066–03

Research on the Application Prospects of 66kV System in New Energy Wind Power Projects

LI Taobo

[Abstract]With the implementation of the \"3060\" carbon peak and carbon neutrality goals， large capacity wind power bases will continue to emerge. In the future， the single unit capacity of wind turbines will become larger， and the collection line will adopt a 66 kV voltage level. Due to its advantages in investment and energy loss， it will be an inevitable trend for the development of wind farms. The article analyzes the economic feasibility of 35 kV and 66 kV collector lines in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]carbon peak； carbon neutrality； large scale wind power base； collecting line； 66 kV

1 項目研究背景

隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量不斷增大，風(fēng)電場集電線路電壓選擇很大程度上會影響到風(fēng)電場的建設(shè)運營成本，不同集電線路電壓等級風(fēng)電場網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、損耗、電氣設(shè)備配置均不同，風(fēng)電場建設(shè)運營成本存在很大差異。電能在風(fēng)機(jī)箱變升至66 kV，風(fēng)機(jī)內(nèi)所有配套設(shè)備按66 kV電壓等級設(shè)計，體積相較于35 kV會發(fā)生變化，機(jī)艙或塔筒也可能會相應(yīng)變化。目前，各主流風(fēng)機(jī)廠商已能夠提供66 kV風(fēng)機(jī)的解決方案，相關(guān)設(shè)備已通過型式認(rèn)證，但缺乏實際運行數(shù)據(jù)，可靠性有待驗證。海上升壓平臺內(nèi)的66 kV設(shè)備較成熟，只需相應(yīng)調(diào)整設(shè)備電壓等級。

目前，國內(nèi)陸上風(fēng)電場向大容量不斷邁進(jìn)，傳統(tǒng)的35kV集電系統(tǒng)出現(xiàn)了串聯(lián)風(fēng)機(jī)臺數(shù)少、桿塔征地過多、無法長距離輸送等弊端。文章嘗試用66kV電壓等級作為陸上風(fēng)電場集電系統(tǒng)的主流電壓，驗證其可行性及經(jīng)濟(jì)性。

2 研究的意義及必要性

由于風(fēng)電場的安裝費用昂貴，陸上土地資源稀缺，為了提高經(jīng)濟(jì)性，風(fēng)機(jī)的單臺容量隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷增大，導(dǎo)致同樣截面的35 kV線路上可以連接的風(fēng)機(jī)臺數(shù)越來越少。目前國內(nèi)風(fēng)電場通用35 kV導(dǎo)線最大截面為300 mm2，常用導(dǎo)線截面為240 mm2。以常用導(dǎo)線為例，考慮其熱極限及同流限制，通常允許傳輸?shù)淖畲蠊β始s為28 MW，1根240 mm2截面的導(dǎo)線最多可以連接6臺4.5 MW的風(fēng)機(jī)。如果單臺風(fēng)機(jī)容量增加至6.5 MW，則1根導(dǎo)線只能連接4臺風(fēng)機(jī)。這樣在未來使用大容量風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場中，會導(dǎo)致35 kV集電系統(tǒng)的導(dǎo)線長度增加，回路數(shù)增加，導(dǎo)線投資、鐵塔重量和相應(yīng)工程費用增加，施工難度增大。雖然可以通過增加導(dǎo)線的截面積來增加線路串聯(lián)的風(fēng)機(jī)數(shù)量，但這樣會增加運輸及安裝成本。

隨著風(fēng)電單機(jī)容量的不斷增長，以35 kV作為場內(nèi)集電系統(tǒng)的電壓等級逐漸成為制約集電系統(tǒng)設(shè)計的瓶頸。升高集電線路系統(tǒng)電壓等級，以傳輸更大功率是解決這個難題的方法之一。與35 kV集電系統(tǒng)相比，應(yīng)用于同樣規(guī)模的風(fēng)電場，66 kV集電系統(tǒng)導(dǎo)線重量減少，相應(yīng)的投資費用也下降。

3 實際項目中35 kV集電線路和66 kV集電線路對比分析

研究風(fēng)電場集電線路電壓的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)選，需要建立考慮時間價值經(jīng)濟(jì)性評估模型，模型綜合考慮風(fēng)電場的年建設(shè)和年運行費用，分析風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模、風(fēng)電場發(fā)電能量密度對集電線路電壓等級優(yōu)選的影響。集電線路電壓等級優(yōu)選流程為：①根據(jù)風(fēng)電場的規(guī)劃容量和各電壓等級輸電線路經(jīng)濟(jì)輸送容量，確定集電線路電壓等級。②根據(jù)經(jīng)濟(jì)性評估模型對各電壓等級進(jìn)行全面評估，最后根據(jù)評估結(jié)果得出結(jié)論。

3.1 35 kV集電線路和66 kV集電線路對比

以一個23臺8 MW的風(fēng)電場為例，進(jìn)行估算及對比，在采用66 kV電壓等級后，集電線路造價無論是線路電氣還是結(jié)構(gòu)，都有一定比例的下降，且由于電壓等級的提升，減少了110 kV升壓站的投資。但因為現(xiàn)在以66 kV為電壓等級的相關(guān)變電設(shè)備較少，價格較為昂貴。在綜合考慮包括場內(nèi)線纜、風(fēng)機(jī)設(shè)備、升壓平臺設(shè)備在內(nèi)的所有因素后，66 kV方案的工程總造價比35 kV方案造價低，考慮征租地、減少的110 kV線路、升壓站投資后，整個場區(qū)66 kV集電線路造價有顯著優(yōu)勢。35 kV集電線路方案與66 kV集電線路方案如圖1、圖2所示，不同電壓等級集電線路方案對比見表1。

經(jīng)過一系列相關(guān)的試驗和對比可得出，在集電線路系統(tǒng)中，傳輸功率相同時35 kV線路中的電流比66 kV大，導(dǎo)致35 kV集電系統(tǒng)的有功損耗比66 kV系統(tǒng)高26%～43%。盡管風(fēng)電場年運營成本大部分由機(jī)組運維成本決定，但是66 kV集電線路方案的系統(tǒng)有功損耗較低。

經(jīng)過計算，66 kV集電線纜比相應(yīng)的35 kV集電線纜長度可減少30%～35%，線纜成本可降低20%～25%。由于單回66kV線纜上可連接的風(fēng)電機(jī)組數(shù)目較35 kV線纜多，對于相同容量的風(fēng)電場，66 kV集電系統(tǒng)的回路數(shù)減少，因此與之配套的開關(guān)設(shè)備數(shù)量相應(yīng)較少，整個風(fēng)電場的開關(guān)設(shè)備的總成本增加有限，從而帶動整個風(fēng)電場的投資下降。

3.2 66 kV集電線路電纜選型

66 kV電纜生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)較成熟，一般為單芯電纜，66 kV電纜常見型號及其適用條件見表2。

3.3 66 kV配電裝置

經(jīng)咨詢高壓配電裝置廠家，當(dāng)前66 kV配電裝置主要用于東北電網(wǎng)部分電站，設(shè)備型號均為用110 kV電壓等級配電裝置對應(yīng)設(shè)備及元件代替使用，布局時安全間距按66 kV電壓進(jìn)行修正，因此選型不存在困難。

在研究中初步整理了66 kV鐵塔的設(shè)計模塊和基礎(chǔ)類型，為將來集電線路電壓等級提升做好技術(shù)儲備。

經(jīng)咨詢國內(nèi)主流變壓器廠家，并參加技術(shù)交流會，就箱變一次系統(tǒng)設(shè)計、基本技術(shù)參數(shù)等初步達(dá)成一致意見，目前已研發(fā)設(shè)計額定容量為8 000 kVA的66 kV油浸式雙分裂箱式變壓器。

具體來看，箱變外形為長9 000 mm×寬3 000 mm×高3200 mm；高壓側(cè)采用GIS方案，斷路器、隔離接地開關(guān)、互感器等設(shè)備采用GIS裝置；低壓側(cè)為雙分裂，有效控制短路電流水平，也便于選擇開關(guān)設(shè)備。高壓配電、低壓配電及變壓器均安裝于箱體內(nèi)，安裝方便，整體性好，箱體外殼防護(hù)等級可達(dá)IP54，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，適合作為風(fēng)電場就地升壓變使用。

市面現(xiàn)有66 kV變壓器為油浸式變壓器，接線端子裸露在外，需要設(shè)油池、圍欄、格柵及卵石等，占地面積較大，施工和安裝成本較高，對66 kV集電線路來說技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差，設(shè)計中很難選用此型式變壓器作為風(fēng)電場就地升壓變使用。

因此，66 kV箱變主要面向風(fēng)電場66 kV集電線路，要求箱變具有類似于箱式成套、集成度高、運維成本低、安全性高、外殼防護(hù)性能高等特點。

4 經(jīng)濟(jì)效益

隨著陸上風(fēng)電風(fēng)機(jī)數(shù)量增多，分布越來越稀疏，距離升壓站的距離越來越遠(yuǎn)，基礎(chǔ)工程和送出工程等方面的成本將逐漸增大，對運維服務(wù)的要求也不斷提高，運維成本將隨之增大。

線路電壓等級高則線路有功損耗小，考慮到風(fēng)電場的高利用小時數(shù)，對于500 MW的風(fēng)電場而言，其運行期減小的總損耗較可觀。

根據(jù)估算，綜合考慮包括場內(nèi)線纜、風(fēng)機(jī)設(shè)備、升壓平臺設(shè)備在內(nèi)的所有因素，66 kV方案的工程總造價比35 kV方案低15%左右。一個500 MW的風(fēng)電場，考慮場內(nèi)系統(tǒng)投資和電能損耗，66 kV方案比35 kV方案投資成本低3 000多萬元。

由于66 kV機(jī)電方案的系統(tǒng)有功損耗較低，所以以大單機(jī)容量風(fēng)電機(jī)組組成的風(fēng)電場，經(jīng)過計算采用66 kV集電系統(tǒng)的年運維成本相比35 kV集電系統(tǒng)低2.7%，度電成本低1.8%。在采用新型節(jié)能導(dǎo)線后，66 kV集電線路的成本優(yōu)勢更加明顯。

5 結(jié)束語

文章采用66 kV集電線路具備可實施性，與35 kV電壓等級相比，其可以減少回路數(shù)，節(jié)省投資，減少征地，降低電能損耗。隨著“3060”碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實施，大容量風(fēng)電基地不斷出現(xiàn)，未來的風(fēng)電機(jī)組容量越來越大，場內(nèi)集電線路采用更高電壓等級在連接風(fēng)機(jī)數(shù)量、電能損耗等方面有更大優(yōu)勢，且經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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