北塔山风区100MW风电项目电气设计

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

风能作为清洁能源之一，在我国被大力推广利用。目前，我国风力发电累计装机总量达到214.2GW，占全球风电总装机量的35%以上，发展前景广阔。而在风力发电项目建设中，风力发电场电气设备设计是重要的设计内容。

1 工程概况

本风电项目为新疆生产建设兵团五家渠鑫垣六师北塔山风区开发建设的100MW风电项目，是我国规划建设的准东能源基地(共计120万kW风电项目)的组成部分。本风电场距奇台县城143km，交通状况良好。根据推荐接入方案，五家渠鑫垣六师北塔山牧场100MW风电项目新建1座110kV升压站(见表1)。

表1 五家渠北塔山牧场100MW风电项目110kV升压站规模

2 风电场电气主接线设计

2.1 箱式变低压侧接线方式设计

该风电场设计安装45台2200kW风力发电机组，机组出口电压设计值0.69kV，并配套45台组合箱式变压器。发电机组和变压器之间的连线方式为对号串联，互不干扰[1]。

组合箱式变压器的容量为2350kVA，安设位置设计在以发电机组为圆心、半径不超过20m的范围内，在其低压侧配置低压断路器，箱式变低压侧至风力发电机地面控制柜选用6根ZR-YJV23-0.6/1-3×240+1×120型电力电缆连接[2]。

2.2 箱式变高压侧接线方式设计

由于本风场单机容量较大，为了降低电能在传输过程中的损耗，设计采用35kV高压传输，接线方式为汇流干线，架空线路，避免对地面建筑的影响，提升电力传输的安全性。

根据本项目发电机组和变压器的布置形式，设计4回集电线路，每一路连接10或12台箱式变压器，容量为22MW或26.4MW。箱式变高压侧设计相应的负荷开关以及断容器起到保护作用，并利用电缆(型号：ZR-YJV23-26/35-3×70)与35kV架空输电线路相连接，35kV电缆与架空输电线路T接处设检修用防风型跌落式熔断器和氧化锌避雷器[3]。

2.3 机组和电网连接线

本项目发电机组电能通过导线(型号：LGJ-240/30)输送至110kV升压站外，再采用3根ZR-YJV62-26/35-1×300型交联聚乙烯绝缘电力电缆引接至风电场110kV升压站35kV电缆馈线柜，实现与电网的连接。

3 短路电流和电气设备设计

3.1 短路电流计算

根据本工程接入系统报告提供的数据，预测2030年风电场110kV升压站35kV母线系统处的短路电流(见表2)，以此设计本项目主要电气最大承受短路电流值：110kV电压等级为40kA；35kV电压等级为31.5kA[4]。

表2 短路电流计算数据

3.2 主要电气设备选择

本项目依据《导体和电器选择设计技术规定》(DL/T 5222—2005)的规定，升压站中相关的电气设备技术参数选择严格以额定工作条件为标准，校验标准为短路情况下的热稳定。

a.主变压器选择。本项目选取1台主变压器(见表3[5])。该产品具有负载损耗小、结构简单(内部硅钢片和变压油量减少)等优点。

表3 主变压器参数

续表

b.110kV电气设备选择及绝缘水平。本项目110kV相关GIS设备被安置在户外，信号接收更好(表4)。相关系统的绝缘水平主要参考雷电过电压值，达到这一水平后基本上可耐受操作过程中的过电压问题。相关绝缘水平见表5，经核算后完全符合相关要求[6]。

表4 110kV主要设备选择技术参数

表5 110kV电气设备的绝缘水平

c.35kV电气设备选择及绝缘水平。本项目35kV配电装置高压开关设备型号为KYN 40.5型，在户内呈双列布置。断路器、互感器等型号见表6，电气设备绝缘水平见表7。

表6 主要设备技术参数

4 升压站接地设计

升压站接地可保障人员和设备不受短路故障、雷电侵入等损害；而且能够及时将设备外壳静电消除，保证其安全运行。

表7 电气设备绝缘水平

4.1 站址土壤电阻率分析

根据项目区地质报告资料，升压站土壤电阻率为560～600Ω·m左右，电阻率级别较高，最大冻土层深度200cm，地基土中含有酸性物质，定义为中等腐蚀性。本工程设计拟采用黄土和成品接地来达到降阻目的。

4.2 接地装置设计技术

按照相关规范，本项目围绕建筑物和屋外设备敷设闭合条形接地网，打造有效接地系统和低电阻接地系统，设计接地电阻满足R≤2000/IG。

本项目升压站接地网遵循“水平接地体为主，垂直接地体为辅”原则。接地线热稳定以单相接地短路电流为标准，分流系数设计为75%；水平接地体为热镀锌扁钢(型号：-60×6)，垂直接地体成品接地模块，110kV设备接地引下线、主变压器、户外接地、引下线截面均采用-60×8热镀锌扁钢，接地网寿命按30年计算，所选材料满足热稳定的要求，水平接地体的深度要求较大，应大于最大冻土层厚度。为有效降低接地电阻值，本工程将升压站接地网与光伏区可靠连接。

设备接地：全站一次电气设备基础及外壳均通过接地支线两点同主接地网相连，凡有二次回路的一次设备均要求采用两根接地线，接入主接地网不同位置；设计在110kV及35kV的氧化锌避雷器以及带操作箱的电气设备四周设置均压地面或绝缘地坪，使接触电势小于允许值，保证人身安全。

5 结 语

风力发电作为绿色能源，在我国已列入发展规划中，尤其是当前环保压力日益增大的背景下，其必然受到越来越多的重视。五家渠北塔山牧场100MW风电项目电气设备设计充分参考其他工程经验，并严格按照国家标准实施，达到了100%合格率，为其他风电项目提供借鉴。