德昌李家坝风电场工程电气一次设计

2013-10-23龚雪峰

水电站设计 2013年4期

关键词：箱式李家发电机组

陈宇，龚雪峰

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

德昌安宁河谷李家坝风电场位于德昌麻栗乡安宁河谷左岸，场地平坦开阔。场址区海拔高度在1 440～1 470m之间，地势较开阔平坦，场区已有西攀高速公路、国道G108、成昆铁路、高压输电及民房等地物，地物相对较多。

安宁河谷全境属高原河谷地带，地形北高南低，螺髻山与耗牛山东西对峙，中间是安宁河谷，是安宁河谷平原的南延部份。安宁河河谷地区为北高南低的狭管状地形，风的狭管效应明显，南北向风力大，且冬春季节季风尤为明显。

德昌县境内安宁河谷风电场预计分为德昌风电场、阿月风电场、李家坝风电场和黄家坝风电场等4个，总装机规模约150MW。目前德昌风电场已建成发电。

德昌县李家坝风电场工程装机容量40MW，拟采用20台2MW型风力发电机组，风机－机组变压器采用单元接线方式，每台风力发电机经一台箱式升压变压器将机端电压由0.69kV升至35kV，经3回35kV集电线路送至风电场变电站35kV母线，经主变升压后与阿月风电场共同以一回220kV架空线路送至西昌南220kV变电站，线路长度约8km。

2 电气一次设计

2.1 接入系统方式

西昌南220kV变电站已为德昌境内风电开发预留一个220kV接入间隔，根据接入系统设计单位提供的初步意见，考虑到现场风电机组布置情况，以及黄家坝风电场与本风电场共同经一台主变压器升压后送出，初步拟定本风电场接入系统方式为:李家坝风电场与阿月风电场共用一个升压站，在阿月风电场升压站为本风电场预留的主变安装位置上，安装一台90MVA主变及相关配套装置，并共用一回220kV出线接至西昌南220kV变电站。

2.2 电气主接线

根据以上接入系统方案，本电场电气主接线设计如下:

(1)风力发电机组与箱式变电站的组合方式。李家坝风电场共安装20台单机容量为2 000kW的风力发电机组，发电机出口电压为0.69kV，功率因数为0.98(在机端处补偿后)。

由于各风电机组之间相距较远，为降低发电机回路的电能消耗，减少发电机回路动力电缆的长度和数量，风力发电机组与箱式变压器拟采用一机一变的单元接线方式。

根据风力发电机组的台数和单机容量，全场共选用20台变压器容量为2 100kVA的箱式变电站，箱式变电站布置在距风电机组中心约20m处。

经计算，风力发电机组额定电流为1 708A，考虑敷设系数后风力发电机组与箱式变电站低压侧之间选择6根ZR－YJV－3×240，0.6/1kV电缆，中性点之间采用两根ZR－YJV－1×240，0.6/1kV并联连接。

(2)箱式变电站高压侧电压和接线方式选择。风电场单机容量为2 000kW，额定电压为0.69kV，箱式变电站低压侧电压与发电机电压匹配选用0.69kV。高压出线侧电压可在10kV与35kV两种电压之间选择，电缆经高压跌落式熔断器后接至集电线路。两种出线方案经济技术比较如下:

方案一:箱变高压侧出线选用10kV电压等级;

方案二:箱变高压侧出线选用35kV电压等级。

经比较，方案一和方案二每回集电线路串接的箱变数量、出线回路相同，方案一出线占有的通道比方案二窄，但集电线路导线截面相对方案二较大，投资较高。综合比较，本阶段推荐方案二，即箱变升高电压侧取35kV。

(3)35kV侧接线方式。风电场35kV母线与阿月风电场35kV母线组成单母线分段接线方式。

(4)220kV侧接线方式。德昌县李家坝风电场总装机40MW，发电机电压经箱式变电站升压至35kV后，通过35kV架空线路进入220kV升压站后再直埋接入35kV开关柜，再经主变升压至220kV，与阿月风电场组成单母线接线方式后，共用一回220kV出线接至西昌南变电站。

2.3 集电线路方案

在工程中，由于直埋电缆投资较大，从经济性角度考虑，集电线路采用架空钢芯铝绞线。导线截面按经济电流密度计算选择。

李家坝风电场采用单机容量为2MW的风力发电机组，共20台，每台风机配置一台箱式变电站。根据35kV电压等级的经济输送容量、风电机组、升压站位置及地形条件，全场20台风力发电机组的集电线路可按以下两个方案考虑。

方案一:全场20台风力发电机组共分为3组，对应三回集电线路，35kV配电室内35kV开关柜。

每组风力发电机组及其集电线路所用导线型号如下:

第一组共7台机组:1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号，线路长度约8.5km，导线型号为 LGJ－185;

第二组共6台机组:8号、9号、10号、11号、17号、18号，线路长度约10km，导线型号为 LGJ－150;

第三组共7台机组:12号、13号、14号、15号、16号、19号、20号，线路长度约10.5km，导线型号为LGJ－185。

其中最大输送电流288A，最大输电距离约10.5km，导线长度共计约29km。

方案二:全场20台风力发电机组共分为两组，对应两回集电线路，分别接入220kV升压站35kV配电室内35kV开关柜。

每组风力发电机组及其集电线路所用导线型号如下:

第一组共10台机组:1号、2号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号、11号，线路长度约14km，导线型号为LGJ－300;

第二组共10台机组:3号、12号、13号、14号、15号、16号、17号、18号、19号、20号，线路长度约11km，导线型号为LGJ－300;

其中最大输送电流412A，最大输电距离约14km，导线长度共计约25km。

在以上两种集电线路方案中，虽然方案二导线长度较短，但因导线截面面积较大，对杆塔结构的要求较高，因此，从经济性方面考虑，推荐采用方案一。

2.4 站用电系统

站用电设计要求具有较高的可靠性和灵活性，本风电场与阿月、黄家坝风电场共用站用电电源，站用电电源取得方式为:站用电系统为一级0.4kV，站用电接线采用单母线接线方式，一回电源由阿月风电场35kV母线经过一台接地变压器引接，兼作厂用变压器;另一回电源由10kV外来电源经过一台变压器降压至0.4kV，两回电源互为备用。李家坝风电场厂用电从阿月风电场厂用系统上引接。

2.5 主要电气设备选择

电气设备均按正常持续工作条件选择，三相短路进行校验。

(1)风力发电机组。风电机组应具有低电压穿越能力，即:在并网点电压跌至20%额定电压能够保持并网运行625ms;并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，保持并网运行。

风电机组主要参数如下:额定功率 2 0 0 0 k W数量 2 0台频率 5 0 H z额定电压 6 9 0 V额定电流 1 7 0 7 A功率因数 0.9 8～1功率调节方式变速变桨切入风速 3 m/s额定风速 1 0.5 m/s切出风速(1 0 m i n平均值) 2 5 m/s

(2)主变压器。风电场采用有载调压变压器，考虑到黄家坝风电场与本风电场共同经一台主变压器升压后送出，本期选用三相双绕组有载调压油浸式升压电力变压器SFZ11－90000/220。

(3)220kV配电装置。为适应升压站地理条件，风电220kV配电装置采用免维护、可靠性高、使用寿命长、性能优异的户外GIS设备。

(4)35kV配电装置。为了提高供电可靠性，35kV配电装置选用金属封闭户内成套装置KYN－40.5开关柜，内置真空断路器。

(5)无功补偿。为了提高机组的功率因数，要求风电机组制造厂对机组功率进行补偿，其额定功率因数设定在0.98。

根据(Q/GDW 392－2009)《风电场接入电网技术规定》，在优先采用风电机组自身进行无功补偿的基础上，再配置一套动态无功补偿装置，考虑到黄家坝风电场接入本段35kV母线，根据四川电力设计咨询有限责任公司提供的《凉山州安宁河谷德昌段风电场送出方案研究》，本期在35kV母线上拟装设1组容量为18MVar的SVG无功补偿装置。

(6)35kV变压器。为了户外变压器安全可靠地运行和安装施工的简便，风电场选用具有运行灵活、操作方便，免维修、价格性能比优越等的箱式变电站。

风电场箱式变电站选用油浸式三相双卷自冷式升压变压器，型号为ZW－2100/10。

(7)接地变压器。应电网公司要求，风电场设置一台干式接地变压器，型号为 DKSC－1000/38.5。

(8)电力电缆。为了减少电缆数量，提高电缆载流量，风电场内高低压动力电缆全部选用线芯允许温度高、载流量大的阻燃交联聚乙烯电缆。风力发电机组与箱式变电站低压侧之间选择6根ZRYJV－3×240，0.6/1kV电缆，中性点之间采用2根ZR－YJV－1×240，0.6/1kV并联连接。

2.6 电气一次设备布置

(1)升压站布置。李家坝风电场及阿月风电场经同一座220kV升压站送出，220kV升压站布置在德昌风电场110kV升压站旁。220kV升压站布置主要基于以下几点考虑:一是升压站220kV出线方便;二是将升压站布置在相对平整处，且交通便利，以便电站施工及运营;三是根据业主初步意见，为便于对德昌、阿月、李家坝风电场进行统一管理，节约运行维护费用，李家坝风电场与阿月风电场共用一座升压站，故在设计阿月风电场升压站时，已经为李家坝风电场升压站预留了足够的位置。

李家坝220kV升压站为64m×49m(长×宽)，主要由220kV升压站、35kV配电装置室及SVG室组成，生活楼及办公室与德昌风电场合用。220kV升压站采用户外GIS布置，在主变附近布置事故油池;在主变与主变之间，主变与李家坝、黄家坝风电场SVG户外变压器之间布置防火隔墙;主变与户外GIS之间留有环形设备检修通道;35kV架空线路终端杆设置于升压站西侧及南侧;35kV配电装置室与后墙之间设置工作通道。中控楼利用德昌风电场中控楼的第二层空间，布置有中控室、通信设备室、通信电源室、计算机房和蓄电池室等房间。35kV配电装置室布置有35kV高压开关柜室、厂用配电屏室等功能房间。35kV高压开关柜室尺寸为25.4m×8m(长 ×宽)，层高4.5m;厂用配电屏室尺寸为13.44m×8m(长×宽)，层高4.5m。此外，升压站合用德昌风电场一期的消防水泵房、消防水池等建筑。

(2)35kV开关柜布置。李家坝风电场共有7面35kV开关柜，进线及出线侧均采用电缆与外部连接。由于李家坝风电场、黄家坝风电场经阿月风电场升压站送出，故35kV高压开关柜放在阿月风电场为本期预留的位置上。

(3)站用配电装置布置。阿月风电场及李家坝风电场、黄家坝风电场统一装设两台容量均为200kVA的变压器作为站用负荷的供电，一台采用阿月风电场35kV母线上配置的接地变压器兼作厂用变压器，电压变比为35±2×2.5/0.4kV;另一台为电压变比10±2×2.5%/0.4kV的油浸式变压器。干式变压器布置在厂用配电室内，配电室内另布置五面低压配电屏，油浸式变压器布置在室外。

(4)35kV电容补偿装置布置。根据接入系统报告，李家坝风电场与黄家坝风电场共同配置一台18Mvar/35kV的无功补偿装置，其户内部分设一个独立的SVG室，变压器布置在室外，均布置在阿月风电场为本期预留的位置上。阿月、李家坝及黄家坝风电场SVG室为一个统一的房间，房间为32.6m×5.5m(长×宽)，层高按4.5m设计;户外部分为两套，包括变压器和电抗器，阿月风电场用一套设备，李家坝风电场和黄家坝风电场合用一套设备，两套设备预留占地均为5m×6.2m(长×宽)，两套设备在与之相邻的设备或建筑之间留有设备检修通道及防火隔墙。