风电场风机移位工程集电线路设计

高林涛，张伟，卢成志，董畅

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

风电场风机移位工程集电线路设计

高林涛，张伟，卢成志，董畅

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

根据山西广灵甸顶山风电场的实际情况，利用风机移位的方式来提高风机发电量。介绍了集电线路方案的选择、线路路径的确定、电缆上塔平台的设计以及电缆敷设中需要注意的问题，并对项目进行了经济评价。通过集电线路设计，验证了风机移位工程的可行性和合理性，为风电场项目提供了工程依据。

风电场；风机移位；集电线路；电缆敷设

0 引言

山西广灵甸顶山风电场位于大同市广灵县，总装机容量为150MW，分别为甸顶山一期（49.5MW）、甸顶山二期（49.5MW）和甸顶山三期（49.5MW）。广灵甸顶山一、二期已经投产发电，2012年6月至2013年5月一年利用小时数分别是2188h、1424h。其中，二期41#、47#风机2012年6月至2013年5月间利用小时数分别是949h、680h，远低于二期平均水平。通过统计广灵甸顶山风电场二期风机故障停机时间与2013至2015年各台发电量，并根据风电场3座测风塔实测风速序列，参考厂家给出的风机功率曲线，进行发电量理论计算，对二期风机理论发电量与实际值做单台对比分析发现：广灵甸顶山二期2012年6月至2013年5月发电量较低，是由于风机功率曲线未达到设计值，而41#、47#风机发电量低于全场平均值是由于风资源较差于周围风机。

因此提出通过风机移位的方式来提高41#、47#风机发电量。针对山西广灵甸顶山风电场的现场实际情况，合理选择集电线路方案，优化确定线路路径及塔架设计，正确处理线路实施方案中遇到的问题，从而达到提高风机发电量的目的。

1 集电线路方案的选择

1.1 架空线路

架空线路是一种应用成熟广泛的输电方式，可靠性较高，安全性良好，并且这种输电方式的造价相对经济[1]。对于山西广灵甸顶山风电场工程而言，气象条件对架空线路有较大的影响，由于采用架空线，导线裸露在空气中，受周围环境影响较大。工程场地有覆冰现象，势必会对架空线路造成影响，容易发生导线、地线拉断事故，需要采取相关措施，如加大导线的钢芯截面、减小档距等，进而增加工程投资[2-5]。另一方面，每台移位风机的分支线路需要并入主集电线路，由于并入点的铁塔是双回路铁塔，在分支导线接入主集电线路时会有交叉跨越，不能保证足够的电气安全距离。

1.2 电缆线路

对于电缆线路而言，采用直埋电缆敷设，电缆线路埋设在地下，不受周围气象环境的影响，能够使集电线路运行期间发生故障的概率大大降低。由于电缆线路敷设在地下，因此很少会发生雷击情况，防雷接地较为简单，电缆线路接地费用相对较低[6-8]。同时，日常的维护和检修也较为方便、直接，主要对电缆中间接头和电缆终端进行检查即可。另外，电缆线路基本上沿风电场道路敷设，可充分利用风电场内施工道路进出现场来完成施工作业。整体施工安装相对简单，造价低，施工的周期时间也大大缩短[9,10]。

综上所述，根据甸顶山风电场现场实际情况，工程选用电缆线路作为集电线路敷设方式。每条线路以电缆敷设的方式进行施工，移位之后的风机自箱变电缆引出后通过直埋电缆敷设至离风机最近的铁塔，然后并入风机原先所在回路的架空线路中。

2 集电线路设计

2.1 电缆线路路径

甸顶山风电场风机移位工程共涉及A、B两条电缆线路，共2台风机，41#风机移位至B11点，47#风机移位至B10点。每条线路连接一台风机，电缆型号是YJV23-26/35-3×50mm2型电缆。其中：

新建A线电缆路径总长为90m，路径为B11-N3铁塔；

新建B线电缆路径总长为110m，路径为B10-N5铁塔。

A线、B线集电线路均为电缆敷设方式，41#、47#风机移位之后自箱变电缆引出后通过直埋电缆敷设至离风机最近的N3、N5铁塔，然后并入风机原来所在回路的架空线路中。

其中，移位之后的B11风机通过A线电缆敷设至铁塔N3，由于移位之前的41#风机所在回路为第一回路，因此B11风机仍然并入第一回路，铁塔N3靠近B11风机的一侧回路为第一回路，故电缆引上塔到这条回路。

移位之后的B10风机通过B线电缆敷设至铁塔N5，由于移位之前的47#风机所在回路为第二回路，因此B10风机仍然并入第二回路，铁塔N5靠近B10风机的一侧回路为第二回路，故电缆引上塔到这条回路。风机移位之后的电缆路径如图1所示。

图1 风机移位电缆路径图

2.2 电缆上塔平台设计

由每台风机的升压箱变引出单回单根电缆直埋敷设至邻近的N3、N5铁塔，电缆选用YJV23-26/35-3× 50mm2电力电缆。原始N3、N5铁塔如图2、图3所示。

针对甸顶山风电场风机移位工程设计了电缆上塔平台，平台距地面高6m，通过将电缆上塔平台安装在铁塔上，大大提高了电缆头的安全可靠性，同时这种高度的电缆平台不易遭到破坏，也方便每个回路的检修和维护。

图2 N3铁塔原始图

图3 N5铁塔原始图

山西广灵甸顶山风电场原电缆上塔方式为通过跌落保险与集电线路主回路连接，但是这种接法在甸顶山风电场故障频发，因此结合现场实际情况，风机移位工程将跌落保险更换为跳线，且通过并沟线夹直接连接到主回路。电缆上塔平台如图4、图5所示。

3 电缆敷设需注意的问题

3.1 电缆的敷设方式

甸顶山风电场风机移位工程电缆大部分采用直埋敷设方式，经过风机平台和道路时采用直埋加保护管的敷设方式，保护管内径不小于电缆外径的1.5倍。电缆敷设路径总体原则是沿场内道路敷设，全部电缆尽可能沿道路的一侧敷设，进而减少道路穿越及电缆穿保护管。道路一侧带排水沟，尽量沿不带排水沟一侧敷设，以减少工程开挖量。

3.2 直埋电缆敷设要求

甸顶山风电场风机移位工程采用直埋电缆敷设方式，埋深需不小于0.8m。直埋电缆上下紧邻侧铺以不少于100mm厚度的软土或细砂，上方0.3m处加电缆保护板保护，保护板采用钢筋混凝土预制，两侧保护板向外延伸需不小于50mm，保护板上应铺醒目电缆表示带。各处电缆转弯的转弯半径都不小于电缆直径的15倍，每隔30-40m和转弯处均在显著位置埋设标志桩。电缆敷设断面图如图6所示。

甸顶山风电场风机移位工程敷设电缆至邻近铁塔过程中存在山坡地形，当坡度超过25°时，需要对敷设电缆用锚固角钢进行固定，甸顶山风电场工程采用锚固角钢的型号为L40×3×450，锚固角钢的锚固深度不小于250mm，如锚固处为岩石，则锚固深度不小于150mm，锚入岩石用混凝土封固。在地形坡度是25° -35°时，每间隔6-8m设置一处进行固定；在地形坡度达到35°-45°时，每间隔5-6m设置一处；当地形坡度是45°以上时，每间隔3-4m设置一处。锚固角钢安装图如图7所示。

3.3 接地

图4 N3铁塔电缆上塔示意图

图5 N5铁塔电缆上塔示意图

图6 电缆敷设断面图

图7 锚固角钢安装图

甸顶山风电场风机移位工程中电缆引上塔的平台安装避雷器1组，型号为：YHW51/134（带在线监测仪）。其中避雷器接地采用RV-25绞线与杆塔接地装置良好连接，雷雨季节干燥时的接地电阻不大于10Ω。

3.4 光缆

对于甸顶山风电场风机移位工程，新建光缆包括每台风机至箱变、风机至铁塔之间的普通埋地光缆，其中风机至箱变光缆型号为GYFTA53-8B1，风机至铁塔间光缆型号为GYFTA53-16B1。

直埋线路光缆采用GYFTA53型铠装光缆，光缆直埋引入风机，光纤总芯数为16芯。引入箱变的GYFTA53光缆，引自风机，光纤总芯数为8芯。引入风机及箱变的GYFTA53光缆需要铠装良好接地。

4 项目经济性评价

4.1 资金来源筹措

山西广灵甸顶山风电场风机移位项目静态投资为673.43万元，建设期利息为5.67万元，不计列流动资金，项目总投资是静态投资、建设期利息与流动资金的总和，为679.10万元。

甸顶山风电场风机移位项目为利用国内银行贷款项目，项目建设资金由资本金和内资贷款组成，资本金占总投资的20%，为131.90万元。利用国内银行长期贷款额度为527.59万元，其中建设期利息为5.67万元，年利率为6.52%，按照等额还本利息照付进行还款，还款期15a。

4.2 清偿能力分析

甸顶山风电场风机移位项目可用于还贷的资金来源为发电利润、折旧费和短期借款。

在工程建设投资借款偿还过程中，首先利用还贷折旧偿还贷款，剩余部分利用未分配利润偿还，折旧还贷比例取100%。甸顶山风电场风机移位项目能够按期还本付息。

4.3 盈利能力分析

甸顶山风电场风机移位项目经营期按16a计算，以风电电价0.61元/kWh（含税）进行财务评价，主要财务指标见表1。

项目自有资金内部收益率为73.29%，具有非常好的盈利能力。

4.4 敏感性分析

根据项目特点，测算固定资产投资、上网电量及电价等不确定因素单独变化时，对投资回收期、全部投资财务内部收益率及资本金内部收益率的影响，结果见表2。

根据敏感性分析表可知，甸顶山风电场风机移位项目具有很强的抗风险能力。

5 结语

山西广灵甸顶山风电场项目为风机移位工程，利用风机移位的方式来提高风机发电量。在综合考虑发电量、道路、集电线路等条件的情况下，最终确定B10、B11点位，其利用小时数分别是2050h、1850h。广灵二期41#、47#风机移位至一期B10、B11位置后，会对周边风机发电量产生影响，经过计算，风机移位后广灵一、二期整体发电量提升3114MWh，移位风机平均每台年利用小时数增加944h。按照风电有关财税规定和相关投资项目经济评价办法，对增量投资进行经济评价，资本金内部收益率为73.29%，经济效益好。

通过架空线路和电缆线路的对比，采用了电缆敷设的方式进行施工。合理的选择线路路径，电缆线路沿风电场道路敷设，可充分利用风电场内施工道路完成作业。根据风电场现场运行情况设计了电缆上塔平台，整体施工安装相对简单，造价低，施工的周期较短，日常的维护和检修也较为方便、直接。通过山西广灵甸顶山风电场风机移位工程的集电线路设计，验证了风机移位的可行性和合理性，给风电场项目提供了工程依据，具有一定的工程实际意义。

表1 财务指标汇总表

表2 敏感性分析表

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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

高林涛（1988-），男，河南南阳人，工学硕士，工程师，主要从事输变电设计研究工作。

2016-08-17