海上风电并网接线方式技术分析

周振波

摘 要：在国家十三五规划的大力支持下，海上风电将得到快速的发展，海上风电场离岸距离也将越来越远，海底电缆的合理选用和可靠接线方式，关系到海上风电场的安全可靠运行，也关系到海底电缆是否能适应海上风电场容量不断增长的需求，通过可靠性分析和发电量分析，探索适合海上风电场出线海底电缆接线方式具有重要意义。

关键词：海上风电场；运行方式；电量损失

随着海上风电场的快速发展，海上风电场建设海域越来越偏远，离岸距离从几公里到几十公里远，复杂的海域条件对风电机组和海底电缆的技术要求越来越高，在充分考虑海上风电场的接入大陆电网的安全、可靠、经济方式，同时也考虑在后续可持续发展的条件下，探索适合海上风电安全可靠运行的海底电缆接线方式将非常重要。

1 项目概况

海上风电场装机容量为12万千瓦，年上网电量约为2700万kWh，风电场年等效满发小时数为2300h，离距离大约为20公里。主变型号：SZ11-110000/110，容量为：110MVA。升压站35kV母线采取单母线分段接线方式，中间设有母联开关。35kV分段母线所带各35kV集电海缆回路功率均衡分布。

2 海底电缆接线方式分析

2.1 单回海底电缆（104MVA）+单台主变压器（110MVA）线变组接线方式

2.1.1 运行方式

35kV母线I段母线、II段母线联络运行，#1主变通过110kV海底电缆联接外网。

2.1.2 电量损失计算

（1）输送容量匹配不足导致弃风电量损失。根据风电机组出力特性曲线可知，风电机组在3m/s以上启动发电，在12m/s达到满发，切出风速为25m/s。根据风机出力特性与该区域风力资源情况得知，风速分布主要集中在4.0m/s～11.0m/s风速段；风机满发时，占全年有效发电时间的10%。风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时，110kV海底电缆输送容量为104MVA，按装机容量120MW，取功率因数cosΦ=1进行电量损失估算。则电缆输送容量与装机容量匹配不足将导致全年弃风电量损失约1401.6万kWh。

（2）110kV主设备检修期间电量损失。根据《DLT596-2005电力设备预防性试验规程》规定变压器、GIS开关等电气主设备检修周期为1～3年。假设升压站110kV主设备按每年进行一次预防性试验、检修，由于预防性试验、检修所需要时间无相关具体规定，借鉴国内容量10万千瓦陆上风电场年度预防性试验及检修时间大约在5-10天，假设海上风电场110kV主设备预防性试验、检修时间按7天来进行电量损失估算。则由于升压站110kV主设备预防性试验、检修期间将导致全年电量损失约529万kWh。

（3）110kV海底电缆故障时电量损失。单回海缆因故障或检修退出运行，以海缆检修时间三个月来计算弃风电量。在海缆维修期间内无法送出电量，海缆故障时间带有不确定性，假设按月平均发电量计算，装机容量120MW，按风电场年等效满发小时数为2300h来估算电量损失。则由于110kV海缆故障或受损修复导致电量损失6900万kWh。

2.2 两回不同容量海底电缆（110MVA+20MVA）+两台不同容量主变压器（110MVA+20MVA）

为了满足海上风电机组12万kW装机容量正常输出，按初步设计设备配置存在输送容量不足问题，根据《风力发电厂设计技术规范》要求，考虑增加一台容量为20MVA的主变压器和一回输送容量为20MVA的海底电缆。

2.2.1 运行方式

35kVI段母线、II段母线分段运行，#1、#2主变分列运行；#1主变（110MVA）带35kVI段母线独立运行，经#1海底电缆输出；#2主变（20MVA）带35kVII段母线独立运行，经#2海底电缆输出。在设备正常运行情况下能够满足风电机组装机容量12万kW满负荷运行。

该方式不能满足《工业与民用配电设计手册》变压器并列运行条件的要求，#1主变与#2主变不能并列运行，只能分列运行。

2.2.2 电量损失计算

（1）110kV主设备检修期间电量损失

a.#1主变检修。#1主变检修检修时，假设#1主变及相应的GIS开关预防性试验、检修时间为7天，装机容量120MW，海上风电场年等效满发小时数为2300h，按#2主变额定容量（20MVA）输出估算电量损失，则由于#1主变检修导致全年电量损失约454万kWh。

b.#2主变检修。#2主变（20MVA）检修时，假设#2主变及附属设备预防性试验、检修时间为7天，假设按#1海底电缆额定输出容量（104MVA）计算，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时，则由于#2主变检修导致全年电量损失约26.88万kWh。

（2）110kV海底电缆故障时电量损失

a.#1海底电缆（104MVA）故障时电量损失。假设#1海底电缆故障修复需要3个月，海上风电场年等效满发小时数为2300h，按#2主变额定容量（20MVA）输出估算电量损失，则由于#1海底电缆故障或受损修复导致电量损失约5750万kWh。

b.#2海底电缆故障时电量损失。假设#2海底电缆修复时间需要3个月，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时。按#1海底电缆额定输出容量（104MVA）估算电量损失，则由于#2海底电缆故障导致电量损失约350.4万kWh。

2.3 两回相同容量海底电缆（104MVA）+两台相同容量主变压器（110MVA）

为了设备稳定运行要求和后续海上风电场增容需要，采用原两回相同容量海底电缆（104MVA）+两台相同容量主变压器（110MVA）接线方式。

2.3.1 运行方式

（1）#1主变、#2主变分列运行。35kVI段母线、II段母线分段运行，#1主变、#2主变分列运行，#1主变带35kVI段母线独立运行，经#1海底电缆输出，#2主变带35kVII段母线独立运行，经#2海底电缆输出，在设备正常运行情况下，能够满足风电机组装机容量12万kW满负荷运行。

（2）#1主变、#2主变并列运行。根据《工业与民用配电设计手册》变电所变压器并列运行条件要求，#1、#2主变具备并列运行条件。

2.3.2 电量损失计算

（1）主变检修电量损失。由于两台主变和两回海底电缆技术参数一样，单台主变的容量为110MVA，单回海底电缆输出容量为104MVA，假设单台主变及相应的GIS开关等设备预防性试验、检修时间为7天，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时。则由于两台主变检修导致全年电量损失约53.76万kWh。

（2）海底电缆故障時电量损失。单回海底电缆输出容量104MVA，其中一回海底电缆故障，另一回海底电缆正常运行，假设故障海底电缆修复时间需要3个月，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时。则由于海底电缆故障或受损修复导致电量损失约350.4万kWh。

3 结束语

综上计算分析，选用两回海底电缆作为出线，虽然在前期建设可能经济投入会比较多，但考虑设备的安全稳定性，海上风电场运行环境的恶劣情况下，海底电缆发生故障时维护维修时间及电量损失，选用双回路海底电缆送出接入大电网是最安全可靠的。

参考文献

[1]杜伯学，马宗乐，等.电力电缆技术的发展与研究动向[J].高压电器，2010.

[2]陈凌云，朱熙樵，李泰军.海南联网工程海底电缆的选择[J].高电压技术，2006.