高海拔山区风电工程电气施工管理经验探讨

2023-01-11段杰

水电与新能源 2022年7期

关键词：铜排风电电缆

段杰

(大唐广元风电开发有限公司，四川成都 610000)

迅速发展的高海拔山区风电已趋成熟，施工进度、质量要求等不断升高，在加快工程建设进度的前提下，充分提高施工质量、工艺标准，才能提升设备一次投产成功率。

1 风电项目

1)风力发电原理是利用风能转化的机械能带动叶轮旋转，通过发电机形成电磁切割产生电能。高海拔山区风电工程项目主要由土建工程、发电机组及塔架安装工程、线路工程和升压站等组成。

2)风电场主要设备有风力发电机组、塔架、线路、箱式变电所、主变压器、无功补偿装置、接地变压器、站用变、GIS、开关柜、综合自动化、直流系统、通信系统、调度自动化等。

2 高海拔风电施工特殊性及难点

高海拔风电电气安装工程首先要考虑气候、环境对设备物资管理、重要设备安装的影响。高原地区面临着气候变化快，尤其是雨季施工，高山地区随时面临着突然降雨、降雾等恶劣天气，对主变压器、GIS等设备安装及试验影响较大。设备物资到货后应规范管理，采取必要的防雨、防尘，尽量保障设备在干燥的环境下保存，避免设备发生损坏，或安装后试验不合格，影响现场电气施工工作正常开展。主变压器、GIS设备安装前应采取防雨雾、防尘措施，室外安装的设备，必要时可以采取临时搭设雨棚、棚内加热除湿的方式进行。风电项目由于工期相对较短，电气施工作为系统性工程，必须严格按照《电气装置安装工程质量检验及评定规程》开展，确保设备安装合格率100%，带电投产成功率100%。

3 风电发展现状

当前，全球风电技术发展日新月异，新一代数字信息技术、新材料技术的应用，引起新的风电行业，乃至新能源领域产业变革。智慧风电场、智慧电网、智能变电站等已由设想逐步变为现实。风电产业日益成熟，建设进度得到较大提升，成本也逐步降低。随着风电机组的单机容量逐步加大，由此衍生的叶轮直径、机组和叶片重量、塔架高度也将随之增加，巨大的叶片对变桨系统的驱动装置提出了更高的要求，作用在塔架上的重力载荷和气动载荷的交变性和时变性更加显著。鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命的主要因素，积极研究风电机组的最优运行和控制规律，通过采用智能化控制技术，与整机设计技术结合，努力减小疲劳何在，避免风电机组运行在极限负荷[1]，是近年主要研究方向。如何进一步提升风电发电效率、降低发电成本、提高机组可靠性，仍然是风力发电技术发展面临的巨大挑战。同时，数字电网、虚拟电厂和储能技术是比较热门的领域，也将成为未来新能源行业研究攻坚的方向。

4 电气一次安装工程

1)主变压器选型应充分考虑设备安装高程，取得制造商短路承受能力计算报告并通过复核，派驻专业设备监理工程师驻厂监造，对重点工艺、设备材质、出厂试验进行全程质量监督。主变压器出厂运输至升压站现场时，遵循电力大件交付验收程序，检查变压器氮气压力表数值，现场读取三维冲撞记录仪。变压器低压侧至配电装置不应采用三相统包电缆，采用绝缘管母线连接的，支柱绝缘子不应直接固定在散热器上，母线支撑及固定卡环应保证连接可靠，采取必要的减震措施，防止因设备运行中震动造成管母线绝缘层损坏，发生绝缘击穿现象。主变压器中性点放点间隙设计距离应考虑设备安装海拔，安装后按设计图纸对距离进行测量复核，中性点避雷器放电计数器应进行直接接地。变压器事故放油阀应安装在变压器下部，放油口需朝下，在设计联络时应向设备厂家提出明确要求，放油口弯头使用的封板，应采用脆性材料，便于设备火灾时操作人员及时、方便进行排油处理。主变压器的端子箱内应设置电气接地铜排和等电位铜排，等电位铜排应固定于支柱绝缘子上。

2)无功补偿装置串联电抗器接地线不应构成闭合回路，电抗器基础内部不得有闭合的铁磁线圈或钢筋。采用金属材质围栏时，应设置明显隔离断开段，可用树脂绝缘板作为隔断。直挂水冷式无功补偿设备，投产前应逐个检查水冷管紧固螺栓，防止螺栓松动漏水，造成带电后发生设备损坏事故。采用集装箱式无功补偿装置设备，应充分考虑箱体内通风散热，独立的消防、视频监控接入站内主机控制系统。扩建工程的无功补偿装置能够通过主/从、互锁等逻辑控制及算法实现两台或多台设备的可靠并列运行；并且能够与风电场AVC装置/调度系统、升压站计算机监控系统等可靠联网，以满足当地电网和升压站对无功功率联调控制的要求。

3)GIS设备安装必须按规范进行，环境、天气不满足的情况下不能进行设备开箱安装。设备安装前应对基础槽钢进行水平度测量，偏差符合设计要求。按设备布置图，画出基础中心线，作为设备安装就位依据。扩建工程项目，应充分考虑与前期设备对接问题，测量接口绝对坐标和相对坐标，误差控制在设备安装允许偏差内。设备抽真空应采用出口带有电磁阀的真空处理设备，严禁使用带水银的麦氏真空计检测设备压力。在进行分合闸动作试验时，检查操作箱内部配线与传动机构距离，防止机构动作时，压断、损伤内部二次电缆，造成直流系统接地故障。GIS伸缩节处跨接接地铜排应采用柔性跨接方式，设备上有电缆槽盒的，每段均需要采用多股铜芯线进行跨接。

4)金属封闭式开关柜基础槽钢水平度应控制在2 mm以内，高原型充气式开关柜设备出厂运输至现场安装后进行充气至额定压力，运输过程中应注入运输气体，设备耐压试验前，检查SF6气体在额定压力。开关室布置接地变、站用变时，不应紧靠开关柜。开关柜连接螺栓应全部安装并紧固到位，防止设备运行中产生异常震动，造成连接绝缘管母线产生共振。开关室应设置可靠的通风装置，并安装SF6气体泄漏环境监控报警系统，具备检测空气中SF6、氧气含量和温湿度等，当SF6气体含量超标或缺氧时，自动启动风机排风功能，能定时和强制排风等。

5)35 kV直埋电缆施工应做好防护，不应使用碎石块回填覆盖，通常采用铺沙盖砖方式覆盖后进行回填，跨路部分应进行保护。敷设在电缆沟上的电缆，应按电压等级、用途进行分层敷设，按规范和设计设置防火隔离段，刷防火涂料。余缆较长时，敷设可采用“S”形布置，不应成环形布置，防止运行中电缆异常发热。敷设驰度按电缆全长预留2.5%计算，电缆终端头、中间接头盒、进出线等检修裕量按1.5 m计算。统包型电缆金属屏蔽层、金属护层应两端直接接地。安装电缆中间接头的接头井，应有良好的排水功能，电缆安装在井内支架上。

6)箱变安装后需按规范开展交接试验，设备调试前需根据线路参数、出厂技术参数和保护配置情况，进行保护整定计算，并按定值进行调试，对不符合现场调试要求的，需重新核查整定。油浸式变压器投产前，需对油样进行专业检测，出具检测报告。干式变压器在交接试验前，需将绕组内温度传感器取出，试验结束后，应及时恢复，避免引起后期设备运行过程中，温度采集误差偏大，造成冷却风扇不能正常启动，变压器温度异常上升、断路器跳闸甚至设备损坏事故。箱式变压器应在设计阶段明确设置后台监测系统，设备投产后，设备运行状态、测控信息等需接入升压站中控，便于运行监视。箱变设计阶段应考虑与风电机组的通讯接口问题，并保证通信电缆/光缆的进出通道及采取必要的屏蔽措施。在运输过程中，箱式变压器倾斜角不得超过30°[2]，需保持运输平稳。

7)35 kV电缆分支箱安装后，设备带电前应对分支箱内隔离刀闸和接地刀闸进行手动分合闸检测，刀闸动静触头接触良好，分合闸到位。接触部位存在松动、间隙过大时，需对机构进行调整。同时检查电缆接头与接线柱安全距离，防止设备运行过程中，造成相间放电，击穿电缆头现象。

8)35 kV架空线路铁塔应与风电机组、塔架有足够安全距离，设计院应结合塔架高度、叶片安装高程及设备尺寸，对风机和铁塔坐标、高程进行校核，防止叶轮在偏航过程中，叶片因安全距离不足触碰铁塔、OPGW光缆、地线等，造成叶片及集电线路设备损坏事故。铁塔应安装防盗螺栓，架空线路弧垂满足设计要求。对于架空部分较长的线路，在进行线路保护整定计算前，应进行线路参数测试，定值整定计算单位根据实测参数，进行保护计算，提高保护定值准确性。

5 电气二次施工工程

1)不同芯径的电缆芯不能压接在一个端子上，不能在一个端子上压接3根及以上电缆芯。设计未使用的二次电缆应进行规范处理，防止二次寄生回路形成。所有二次回路的电缆均应使用屏蔽电缆，严禁使用电缆内的空线替代屏蔽层接地。电流回路应采用专门的电流端子排。

2)PT二次回路交流空开的额定电流等参数配置情况应满足要求。为防止二次电缆故障时，空气开关应能起有效保护作用，交流空气开关的参数约为额定电流3～5 A。PT的每一个星型二次绕组，都装设有交流空气开关，三角绕组二次不应装设空开。PT星形和三角绕组二次N端不能共线。PT的中性线N的连接不能成环，开口三角绕组的中性线N应与二次绕组的中性线N分开，且不能在电缆的两端同时并接。公用PT的二次回路只允许在控制室内有一点接地，为保证接地可靠，各PT的中性线不得接有可能断开的空开或熔断器等；与其他PT二次回路没有电气联系的PT二次回路应在开关场一点接地。公用CT二次绕组二次回路只允许、且必须在相关保护柜屏内一点接地；独立的、与CT的二次回路没有电气联系的二次回路应在开关场一点接地。

3)在控制室应有独立于地网的不小于100 mm2的等电位铜排，该接地铜排必须用至少4根以上、截面不小于50 mm2的铜缆(排)与主接地网相连。保护屏柜的接地铜排(大于50 mm2)应与等电位铜排可靠连接。用于微机保护的电缆必须采用屏蔽电缆，屏蔽层应两端接地。站内通讯电缆屏蔽层应采用一端接地。

4)直流回路的各级供电应采用直流空气开关，不能采用交流空气开关。直流空气开关上、下级参数的配合必须符合级差要求，应按有关规定分级配置。严禁交、直流回路合用一根电缆。双重化配置的两套保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段。非电量保护应采用单独的直流电源供电，不得与电量保护混用。直流屏上元件及空开应设置规范、正确的标签，防止标签与所供负荷不一致，出现误接。

5)双重化配置的两套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器相互独立的绕组；交流电压宜分别取自电压互感器互相独立的绕组。其保护范围应交叉重叠，避免死区。对于现场保护无死区，但保护范围冲突的，应由设计院给出设计说明，并在风电场在运行规程中进行明确。

6)220 kV及以上电压等级的断路器应配置失灵保护，双重化的线路(变压器)保护失灵启动回路与母线保护一一对应，失灵电流判据在母线保护中实现，母线保护的出口跳闸回路应与断路器的两个跳圈一一对应。断路器失灵保护动作应远跳线路对侧断路器(可通过线路保护通道实现)和变压器各侧断路器。线路一变压器、线路一发变组等未配置母线保护时，应配置单套独立的断路器失灵保护装置。