安宁河峡谷风电场(一期)工程电气一次设计

龚雪峰，陈 宇

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

安宁河峡谷风电场位于四川德昌县麻栗、阿月、银鹿等乡境内，距德昌县城约5～15km。在可研设计阶段推荐德昌县安宁河左岸北部区域为本风电场一期工程场址区域，工程占地约8.5km2。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、高压输电线及民房等地物，地物相对较多。

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分。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。

安宁河峡谷风电场一期工程装机容量16MW，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0.66kV升至10kV，经3回10kV集电线路送至新建风电场变电站10kV母线，经主变升压后通过1回110kV架空线路送至银鹿变电站，线路长度约7km。

2 电气一次设计

2.1 接入系统方式

目前接入系统送电方案为：在银鹿变扩建一个110kV间隔，德昌风电一回110kV出线，直接接入银鹿110kV变电站，线路长度约7km。

2.2 电气主接线

风力发电机组宜采用湘电XE93-2000型风机，单机容量2 000kW，本期8台，风电场的装机规模不大。电气主接线的设计在满足运行可靠性的前提下，应力求使电气主接线和继电保护配置简单、电站投资和电能损耗最小。根据以上原则，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。风电场共安装8台单机容量为2 000kW的风力发电机组，发电机出口电压为0.66kV，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，风力发电机组与变压器拟采用一机一变单元接线方式。

根据风力发电机组的台数和单机容量，全场共选用8台变压器容量为2 400kVA的箱式变电站，箱式变电站放置于距风电机组约20m的位置。

(2) 箱式变电站高压侧电压和接线方式选择。本风电场单机容量为2 000kW，额定电压为0.66kV，箱式变电站低压侧电压与发电机电压匹配选用0.66kV，高压出线侧电压可在10kV和35kV两种电压之间进行选择，两种出线方案技术经济比较如下：

方案一：箱式变高压侧采用10kV电压等级；

方案二：箱式变高压侧采用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，投资相对较低，运行费低，但损耗相对方案二较高。综合比较，本阶段推荐方案一，即箱式变压器升高电压侧取10kV。

(3)110kV风电场升压变电站电气主接线。本风电场总装机16MW，发电机电压经箱式变升压至10kV，通过10kV电力电缆直埋或架空线路进入110kV升压变电站10kV配电装置母线上，再经变电站内主变压器升压至110kV，通过一回出线与银鹿变电站连接。

根据本风电的装机容量及出线电压，在110kV变电站内可设一台升压变压器作为本风电场升高电压侧接线方式。风电场配套建设一座110kV升压变电站， 选用一台SFZ10-18000/121有载调压变压器，高压侧接线为变压器—线路组接线(留出可扩建的接口和场地)，低压侧接线为单母线接线(留出可扩建的接口)，架设一回110kV线路接入系统变电站。

2.3 主要电气设备选择

2.3.1 短路电流计算

根据西南电力设计院提供的接入系统参数及厂家提供的发电机参数，经计算，升压变电站10kV侧三相短路电流为12.48kA。

2.3.2 主要电气设备选择

工程所处海拔高度约为1 500m，所以在选择主要电气设备时需考虑高海拔对电气设备性能的影响。

(1)主变压器选用一台双绕组有载调压变压器SFZ10-18000/121。

(2)110kV配电装置。为节约投资，本风电场110kV配电装置采用敞开式设备，断路器选用可靠性高、检修周期长、维护工作量少的户外柱式SF6断路器，其型号为LW□□-126/1250。

(3)10kV配电装置。为了提高供电可靠性，10kV配电装置选金属封闭户内成套装置KYN【】-12开关柜内，内置真空断路器。

(4)无功补偿。为了补偿110kV主变压器的无功损耗，根据国家电力公司系统无功补偿配置技术规范要求，电容器的补偿容量按照不小于容量的10%进行补偿。经计算，本期在第一阶段10kV母线上装设2组容量各为1 000kvar的补偿电容器组。

(5)箱式变电站。为了户外变压器安全可靠地运行和安装施工的简便，本风电场选用具有运行灵活、操作方便、免维修、价格性能比优越等优点的箱式变电站，型号为ZCB10-2400/10。

(6)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、载流量大的交联聚乙烯铠装电力电缆。

2.3.3 集电线路部分

德昌风电场装机16MW，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升压变压器将机端电压由0.66kV升至10kV，经3回10kV集电线路送至新建风电场变电站10kV母线，集电线路总长约2km。

2.3.3.1 气象条件

本线路设计气象条件：最大设计风速按30m/s计，导、地线最大设计覆冰统一按10mm计。具体气象条件组合见表1。

表1 气象条件组合

2.3.3.2 路径方案介绍

(1)线路路径总长度尽可能短；

(2)比较美观；

(3)直线段较长，施工图设计中更多地布置了水泥杆，以进一步降低工程造价。

2.3.3.3 导线截面的选择

线路设计规程规定，按经济电流密度选择导线的截面积：对应最大负荷利用小时数不超过3 000h的钢芯铝绞线经济电流密度为1.65/mm2,按该值计算，本工程1～6号机组回流母线出现的最大电流与LGJ-120/20的钢芯铝绞线的经济电流相近，7、8号机组回流母线出现的最大电流与LGJ-95/20的钢芯铝绞线的经济电流相近，在充分考虑投资经济性和技术要求的基础上，采用LGJ-120/20和LGJ-95/20两种规格导线。

2.3.3.4 绝缘配合

(1) 绝缘子串选择。根据全国污秽等级划分，本工程为Ⅰ类地区，绝缘子选择普通型XP-70。考虑海拔修正系数，悬垂绝缘子串为XP-70型4片/串，耐张绝缘子串为XP-70型5片/串。绝缘子主要使用情况见表2。

表2 绝缘子选择

(2) 档距中央导线与避雷线间的距离。档距中央导线与避雷线间的距离应根据下式计算：

S=0.012l+l

式中S——档距中央导线与避雷线间的距离；

l——档距长度。

档距中央导线与避雷线间的距离应满足上式要求。

2.3.4 过电压保护及接地

2.3.4.1 升压变电站过电压保护和接地

升压站110kV配电设备采用屋外敞开式，在110kV出线构架上用一根构架避雷针作为直击雷保护。

为防止沿输电线路侵入波及操作过电压对电气设备的侵害，在升压站110kV进线处设置氧化锌避雷器。

升压站接地均按复合接地网设计。水平接地体为网格状，兼作升压站均压带。

2.3.4.2 风电场内电气设备的过电压保护和接地

风机自身具有雷电保护功能，配有避雷针，所有关键部位的部件均有电压平衡装置。箱式变压器由于布置在风机塔筒附近，其直击雷保护在风机本身保护范围内，不再单独考虑。

为防止线路侧的雷电侵入波及10kV电缆母线的雷电感应过电压的侵害，每台箱变高压侧装设一组氧化锌避雷器。风机本身的过电压保护比较完善，而发电机到箱变间采用电力电缆，为保护变压器，在箱式变压器低压侧也装设一组氧化锌避雷器。

本风电场工程按一机一变设计，箱式变压器均布置于风机旁，初步考虑在每台风机及箱变附近敷设25m×25m的水平接地网，在风机基础部位设置9根垂直接地极与接地网连接，组成风机复合接地网。风机、箱式变压器共用复合接地网。

2.3.5 照 明

升压站内设置正常照明和事故照明。正常照明电源为交流220V，事故照明电源为直流逆变成交流220V。

各建筑物室内采用荧光灯或节能灯。

站区内沿道路设置庭院照明灯具，在绿化带内设置草坪灯。

2.4 升压变电站电气一次设备布置

升压变电站布置在风电场内，主要基于以下三点考虑：一是升压站110kV出线可较顺畅地与接入系统变电站相连；二是将升压站布置在相对较平整处便于施工，且靠近国道；三是尽可能将升压站布置在风场的风机中心，以节省集电线路的长度。

整个升压站除配电盘柜外均采用屋外式，设有电容器室、10kV高压开关柜、站用变及低压配电室、工具室等。

3 结束语

本项目是四川省第一个风电项目，有较强的示范效应，项目建设将会带动和促进四川省风电事业的发展，并为安宁河流域风电开发积累经验，为四川的风力发电产业规模化打下良好的基础。该方案已于2009年10月19日通过水电水利规划设计总院审查。