浅析山区风电场集电线路的设计要点

浅析山区风电场集电线路的设计要点

田玉柱

（吉林省吉达电力设计有限公司吉林长春130000）

摘要：当前，我国的能源结构以常规能源（煤、石油和天然气）为主，由于常规能源的不可再生性，使得能源的供需矛盾日益突出。集电线路作为风场的重要组成部分，对工程安全运行及投资起着重要的作用。本文主要从集电线路方案选择、设备选型、结构设计等方面提出了一些建议和方案，从而达到节约工期、节省投资、方便运维、保护环境等目的。

关键词：山区；风电场；集电线路

1集电线路方案的选择

1.1按电压等级

风电场集电线路按电压可分为10kV和35kV两个等级。10kV低压侧额定电流及短路电流较大，设备选择困难，且出线电压采用10kV，集电线路回路数量较多，总长度较长，电能损耗及压降较大，相应的设备投资也较高，而35kV电压等级在技术、经济上比10kV电压等级具有更好的优势。所以，目前风电场集电线路主要采用35kV电压等级。

1.2按敷设类型

集电线路按敷设类型可分为架空型和电缆直埋型。①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。但由于导线裸露在空气中，受周围环境影响较大，如：最低气温、最高气温、大风、覆冰、雷击等条件影响。对于山区风场，集电线路设计时应充分考虑大风及覆冰对架空线路造成影响，容易发生导线、地线断线事故，甚至倒塔事故。对于雷击事故较高地区，宜全线架设避雷线。②对于电缆线路而言，风电场场区基本采用直埋敷设。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。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，施工的周期时间也大大缩短。但受地形条件影响大，工程投资相对较高，发生事故后，处理较困难。

2集电线路路径的选择

根据风电场风机的容量和布置情况，合理的分组，合理的选路径，架空线路路径的拟定原则是：

1）架空路径尽量短；

2）集电线路所带风机均匀分布；

3）应尽量避让地物敏感点（房屋、坟地、规划区、文物古迹）；

4）应避免通过陡坡，悬崖峭壁、滑坡、不稳定岩石堆等不良地质地带。

电缆直埋线路的拟定原则是：

敷设路径尽可能短，应便于敷设、维护；

尽量减少各集电线路及其它管线、公路、通信光缆等的交叉；

电缆集电线路尽量直接敷设在风电场内检修或运输道路旁；

尽量避免电缆可能受到的各种损害，如机械损坏、振动等。

此外，充分考虑线路安全可靠性及经济性的影响，经过综合考虑施工、运输、交通条件和线路长度等因素，进行多方案比较，使线路走向安全可靠，经济合理。设计经室内选线、现场勘查，调查沿线的地质地貌、水文、气象、污秽、森林覆盖等相关资料，并搜集了附近线路的相关资料，综合分析比较后选择出最佳路径方案。

3主要电气设备选型

3.1箱变的选型

一般情况，发电机出口电压为0.69kV，功率因数为容性0.95～感性0.95。考虑到风电机组布置分散，机组之间的距离较远，为降低发电机回路的电能损耗，减少发电机回路动力电缆的长度，考虑在每台风电机组附近设置1台箱式升压变电站作为机组变压器。配置多为欧式箱变，通常情况下变压器选择节能型（S11型）产品。按机组功率因数cosф=0．95（滞后）运行时的发出容量配置箱变，分接头在高压绕组上，采用无励磁调压方式。通常采用Ue±2×2．5%。选择变压器短路阻抗时，尽可能选用变压器的标准阻抗值。

为了变压器运行安全可靠、安装运行方便和布置美观，一般采用具有运行灵活、操作方便、免维护、性价比较优的组合式箱式变电站。

3.2跌落式熔断器

建议在风机-变压器组电缆上塔处设置防风型跌落式熔断器，实现电缆与架空线路电气隔离和保护的要求，对于容量2MW的风机，一般选取参数如下：

1）额定电压35kV

2）最高运行电压40.5kV

3）额定频率50Hz

4）额定电流200A

5）额定开断电流120kA

3.3避雷器

为防止由架空线路雷电侵入波以及雷电感应过电压对电气设备的损坏，在电缆型集电线路与架空型集电线路结合处，建议设置一组氧化锌避雷器。

避雷器参数如下：

1）避雷器型号：YH5WZ-51/134

2）额定电压：51kV

3）最大持续运行电压：40.8kV

4）操作冲击残压：114kV

5）雷电冲击残压：134kV

4导线选择

风电场导线截面的确定主要依据风场容量及特点，配合集电线路回路数确定。架空线路一般根据容量分段设计，以一回连接12台2MW风机的线路为例，1-5台风机一般采用截面为95mm²的导线，6-8台风机采用截面150mm²的导线，9-12台风机采用截面240mm²的导线。电缆线路在保证安全、可靠运行的前提下，根据载流量及校正系数采用造价相对较低的铝导体交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆电缆。

4杆塔和基础选型

杆塔造价约占架空型集电线路本体投资的30%，是影响工程造价的重要因素，杆塔的优化在于合理的杆塔系列、准确的单基杆塔重量。目前集电线路使用的杆塔型式主要有铁塔、钢杆、混凝土杆，钢杆使用钢材的重量略小于铁塔，但钢杆施工时需整体吊装，因山区地形起伏及高差较大，很难施工，并且钢杆受弯矩控制其高度及档距均较小，在山区难以使用，主要用在平原人口密集地区和规划区内。在山区一般采用自立式铁塔，运输及施工都较方便。在铁塔的选用上，根据本导、地线使用情况，并结合场区地形特点、气象气候条件合理选取。

杆塔基础造价约占架空型集电线路本体投资的15%。山区铁塔基础的优化在于基础型式的选择，在环保要求逐渐提高的今天，有效地保护环境，保护山区林木、草场，不破坏绿化也顺应了目前建设和谐社会可持续发展的潮流。优化采用原状土基础、减少基础开挖的土方量、减少植被的破坏是基础设计优化的方向。目前山区线路杆塔使用的基础型式主要有台阶（板式）基础、掏挖基础、岩石基础。台阶（板式）基础，是传统的基础型式，设计和施工较为成熟，适用广泛，构造简单，方便施工。但土石方量较大，破坏环境严重。掏挖基础，采用“以土代模”方式，基坑开挖量较少，施工方便，节省钢材；施工作业时占地不大，能有效的节省基础工程的投资和保护环境的目的。岩石基础，采用“以岩代模”方式，基坑开方量极少，施工方便，不需要立柱钢筋和底板钢筋，既节省了石方开挖量，又大大减少混凝土的使用量，在山区使用较合理，又方便施工，具有显著的经济效益。

本文通过对山区风电场集电线路从方案选择，路径选择，设备选型等方面对集电线路设计要点进行论述，旨在给初入山区风电场集电线路设计的人员一些启示。

参考文献：

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[3]马建春，赵怀宇，马风有.山区风电场集电线路冰灾倒塔原因分析与对策[J].风能，2015（10）：80-83.