35kV风场集电线路数字化设计通用流程研究

35kV风场集电线路数字化设计通用流程研究

牛磊

宁夏回族自治区电路设计院有限公司 宁夏回族自治区银川市 750004

摘要：为提高工作效率，我们拟对35kV风场集电线路数字化设计通用流程进行研究， 主要分为风机位置及机型的外观尺寸的确定、三维选线、确定风机吊装平台高程、改线流程、选线成果的提复核5个大的步骤。拟采用通用设计流程固化工作步骤的防法，推广数字化设计，并验证数字话设计的必要性。

关键词：数字化、设计、流程

引言

在碳达峰、碳中和的大背景下，风电产业发展迅速。与之匹配的功能性集电线路需求量日益增大。按传统二维设计流程难以提高效率，如遇风机位置调整耗时耗力。加之近些年来无人机技术发展迅猛，已经具备全面配合三维设计的基础数据条件。 在此大背景下，为提高设计质量，提升劳动效率，我们拟固化集电线路数字化设计流程。

1、风机位置及机型的外观尺寸的确定

近些年随着风电技术的迅猛发展，风机单机功率逐步增大，与之对应的叶片也呈现出增大趋势。目前宁夏境内主流机型3MW塔筒高度基本在90-100m之间，叶轮直径160m左右，以中核汇能集电线路为例，塔筒高95m，叶片160m。则在风机此时不考虑机头倾角的情况下，风机叶片对地面最低处高度为15m。

集电线路塔位距离风机基础中心的距离一般为30-50m，如果按30m考虑，则风机叶片对地面的距离为20.5m，现阶段常用的风场塔型为06B2系列。06B2塔型常用呼高为12m和15m两种，但由于35kV塔型为三角排列单地线，所以地线支架全高7m，则全高为19m和22m，如果塔位和风机吊装平台高程相同，使用15m呼高铁塔叶片及和铁塔冲突。所以，较早的确定机型外观尺寸是选线前必不可少的工作。否则，不好拿捏选线时接风机转角距离风机的距离。

2．三维选线

在获得基础的地形数据后，可将三维地形数据（DEM、DOM）导入道亨三维设计平台，通过之前资源评估专业和风场土建专业的提资DXF文件将风机位置、风场道路导入输电线路三维设计平台中，开展定位选线工作。

2.1场区集电线路总体规划

首先，应根据风机布置的位置确定每回线路所接风机数。一般情况下，每回所接容量应在25MW左右，条件允许的情况下应尽可能均分。

2.2单双回路配置方案

具备同塔架设条件的可以考虑同塔架设。但35kV双回路铁塔全高较高，应尽量避免采用双回路铁塔作为接风机转角，确有此项需求时应考虑风机叶片与铁塔冲突的问题，保证铁塔距离风机有合适的距离。

2.3与风场土建专业的配合

应配合风电场土建专业复核风场道路与集电线路的关系。避免冲突，且使线路的走线合理，施工方便。且尽量在满足对风场道路距离的情况下，尽量靠近道路，便于施工以及塔材的运输。这样不仅减少了施工临时道路的修建，对水土保持，以及生态环境的保护也有了质的改变。如遇风机位置调整，也方便设计施工，能使设计方案更合理，施工也不至于遇到过大难度。

2.4与风场电气专业的配合

在道路与集电线路全部选线完成后，风电场电气专业依据接风机转角塔位置规划箱变位置，避免或减少冲突及接风机转角塔和箱变不在风机同一侧的尴尬局面。这样不止能减少电缆用量，另一个方面也可以缩短电缆的长度，避免出线使用接地箱的情况，进一步增加了线路的可靠性。

2.5.确定风机吊装平台高程。

一般情况下，如地形平坦，定位排塔时可控制接风机转角塔高度，风机叶片和集电线路铁塔不易发生冲突。但如果地形起伏较大，或风机所立位置过于陡峭，则容易出现风机吊装平台大幅度降基的情况，此时如果线路立塔位置高程最终高于风机吊装平台，则进一步加大此冲突风险，所以在选线排位时需依据风电场土建专业提供的风机平台预期高程，并利用三维设计模型，生成可视内容进行空间安全距离校验，避免发生冲突。这样做不但能避免冲突，也能够综合考虑风机吊装平台，使风机吊装平台的布置更加合理。同时，还可以进一步优化线路断面，使接风机转角的呼告不受风机限制，进一步降低单公里塔材用量。未来我们会进一步与资源评估专业沟通，根据风机机型与所用铁塔塔型综合考虑，整体降低风电场造价，使风电场更加合理。亦可按以下公式进行验算：

附图1 风机与铁塔正视图

依据风机外形浆尖运行轨迹的计算

依据风机外形参数计算浆尖的运行轨迹，具体公式如下：

Y=KZ+C

Y²/a²+Y²/b²=1

=L

式中L为风机中心与接风转角塔的水平距离。m;Y为集电线路引上塔全高，m；K=Tan（90°-α）

其他字母的含义见风机与铁塔正视图、侧视图、俯视图。

附图2 侧视图

附图3 俯视图

使用表格进行计算示例

按以上数据可以有效核实安全距离

2.6最优方案比选

根据三维地形数据线路电气可以实时选线排位，并可以与结构专业配合利用三维自动生成的塔基断面实时进行高低腿及基础配置，可以在选线的同时基本上做到线路主要工程量的确定。利用三维线路设计平台的方案技术经济对比功能，可以对多方案选线排位成果自动进行技术经济综合比较。通过三维线路设计平台可以在集电线路常有的复杂山地中真正意义上做到“线中有位，位中有线”的选线，做出经济、安全最优的线路设计方案。

3．改线流程

收到资源专业风机位置移动的提资后，及将新的风机位置导入三维可视系统，按流程进行标注，重复三维选线流程。

4．选线成果的提复核

选线成果的复核是数字化设计的最终流程，复核合格后，由地质专业完成地质资料，测量专业钻跨线高，即可按流程出具图纸。

结语

风电场由若干独立风机组成，每台风机都牵扯征地，林评，压覆矿产，文物保护等外部因素。因此，极易发生位置调整。如果不采用三维设计，每次风机改动都将造成集电线路设计返工。现场定位不但耗时，且在地形复杂且没有道路的情况下很难一览全局，做出最佳调整。因此在多次改线后，集电线路的合理性将会大打折扣。但是如果采用三维设计，能够更好的一览全局，则能做出最佳调整。

实现35kV风场集电线路数字化设计，将极大的提高设计的效率、直观性，为提高此类工程劳动效率打下坚实基础。而通用流程的确定将为数字化设计提供过程控制，夯实数字化设计的基础。为推广使用数字化设计而进行流程研究是必要的。

参考文献：

1、《66kV及以下线路设计规范》GB50061-2010。

2、GB51096-2015风力发电场设计规范。

3、GB2017-2018电力工程电缆设计标准。

4、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL／T5154-2012)

5、王新武。风机与架空集电线路的距离对风电场安全性与经济性的影响。2020，35（6）：142-145

作者简介及联系方式：

本文作者，牛磊，1984年出生，男，高级工程师，学士学位。从事线路电气设计及配网设计工作。电话：13519215199