風電場集電線路設計分析范文

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1架空線路設計的優化

1.1架空線路路徑選擇

架空線路路徑選擇應盡量選擇地勢平緩、靠近場內道路的位置，應盡量避開洼地、沖刷地帶、不良地質區域、林木砍伐量較大及其它影響線路安全運行的區域。對于海濱、灘涂、河網、泥沼等區域的架空線路，線路路徑盡量在場內道路邊緣的田埂邊、養殖塘塘角位置。另外還應避免電功率潮流迂回現象。

1.2桿塔結構型式

對于丘陵山地、荒漠平原地區的風電場，場內架空線路直線桿塔可采用鋼筋混凝土電桿，終端和轉角桿塔可采用國內定型的自立式角鋼鐵塔或混凝土電桿；對于海濱、灘涂、河網、泥沼等區域的架空線路，桿塔型式宜采用自立式角鋼鐵塔；對于少數風電場征地費用高、施工難度大的區域，可采用鋼管桿型式。

1.3防雷接地

風電場內35kV架空線路應全線架設避雷線，且逐基接地；10kV架空線路一般只需電纜上桿桿塔接地，若處于多雷區時全線也需架設避雷線且逐基接地。

1.4重覆冰地區線路設計

風電場中對于重覆冰地區的架空線路設計應注重采用避冰和抗冰措施。（1）避冰措施：線路路徑選擇時應盡量做到避免橫跨埡口、風道和通過湖泊、水庫等容易覆冰地段，通過山嶺地帶時應沿覆冰時的背風坡或山體陽坡走線。（2）抗冰措施：首先重覆冰地區的架空線路定位檔距不宜過大，同時要求各檔距間盡量均勻，以減少不平衡張力；其次各相鄰檔的高低差也需要減少，以避免脫冰跳躍和不均勻覆冰時對絕緣子的破壞；再次需根據覆冰的嚴重程度，選擇適當的絕緣子、金具、導線和桿塔型式，必要時可進行特殊設計以應對冰災對風電場線路的危害。

2電力電纜線路設計的優化

2.1電力電纜路徑及敷設方式

風電場電纜敷設路徑首先要避免電纜遭受機械外力、過熱和腐蝕等危害，其次應盡量結合場內道路，在滿足安全的條件下，保證電纜路徑最短。風電場電纜敷設主要采用直埋方式。電纜敷設于非凍土地區時，電纜外皮至地面深度不得小于0.7m，當位于行車道或耕地時，應加深至1m以上；直埋電纜敷設于凍土地區時，為防止凍脹對電纜產生危害，宜將電纜敷設于凍土層以下，如無法埋深，可埋設在土壤排水性好的干燥凍土層或回填土中。風電場電纜敷設路徑如遇到大塊盤石等不宜開挖電纜溝地區，可采用明敷，主要采用電纜橋架方式；如遇到石油管線等交叉跨越困難地區，也可采用拉管方式敷設，該方式利用導向鉆機和導向儀設計出軌道和鉆孔，然后回拉擴孔，并將敷設套管拉入鉆孔中，最后將電纜牽引至套管完成對電纜的敷設，拉管施工流程如圖1所示，該方案施工占地較小，破路及路面恢復工作少，在風電場電纜敷設施工過程中起了很大的作用。

2.2電力電纜型號選擇

2.2.1電纜導體材質及截面選擇

考慮到工程造價，風電場的高壓電力電纜導體優先選用鋁芯，在滿足電壓降及修正后的載流量的前提下利用經濟電流密度計算合適的電纜截面，如線路路徑較長，所需電纜量較多，載流量及電壓降達不到規范要求時，電纜導體可選擇銅芯或者更大截面，但風電場內較長段（超過電纜廠家最大生產盤長時）電纜截面一般不宜超過300mm2，如電纜截面選擇過大，電纜分段及中間接頭增多，這樣對線路的長期運行是不利的。如果選銅芯電纜或者增加截面仍不能滿足要求時，可考慮降低單回線路的容量來解決。

2.2.2電纜絕緣類型選擇

風電場選用的電纜的絕緣水平及絕緣類型應嚴格遵守相應的規程規范，考慮到集電線路的供電重要性，電力電纜導體與絕緣屏蔽或金屬套之間的額定電壓V0應不低于其133%的使用回路工作相電壓V，即35kV電纜的V0/V選取26/35，10kV電纜的V0/V選取6/10。

3集電線路設備選型的優化

3.1線路型避雷器

風電場箱變至架空線連接電纜登塔處需安裝避雷器，線路避雷器一般選用氧化鋅型，該避雷器結構簡單，具有通流容量大、無間隙、無續流等優點。氧化鋅避雷器按其安裝方式不同大致可分3種類型：懸掛式、支座式和支柱式。懸掛式避雷器一般安裝于桿塔橫擔上，安裝較方便，但由于其位置較高，不利于將來的運行維護；支座式避雷器一般安裝在桿塔中下部位置，為保證與桿塔的安全距離，需安裝復雜的固定鋼支架；支柱式避雷器的安裝可選擇橫置、豎置或吊裝等承力或者不承力方式，同時可兼作支柱式絕緣子使用。由于支柱式避雷器安裝方式多樣，且不需要復雜的鋼結構支架，因此可作為設計首選。風電場的線路避雷器需配備計數器，以便巡檢人員根據計數器了解線路中發生雷擊的次數，如雷擊次數較多，應及時檢測避雷器是否損壞，以保證線路的安全運行。此外，有些廠家還開發出新型避雷器，下面介紹兩種：第1種是帶脫離器的避雷器，脫離器是利用避雷器損壞時其工頻故障電流持續增大，使脫離器內部產生電弧及熱能，迅速引爆特制炸藥，將避雷器退出運行，因脫離器動作后有明顯的脫離標志，所以此故障點很容易被發現，從而可提高線路運行的穩定性和安全性；第2種是外間隙型避雷器，是脫離器式的升級版，因為脫離器脫離后如不能及時發現并更換新的避雷器，用電設備就會處于無保護狀態，外間隙型避雷器可解決此類問題，如脫離器脫離后，外置間隙設備能馬上投入工作，使避雷器能繼續安全可靠運行一段時間，可避免線路受到二次損壞。上述兩種新型避雷器也可作為設計選擇方案。

3.2電纜終端

風電場集電線路的電纜終端主要包含1kV電纜終端和35kV電纜終端，其選型主要包括下面兩個方面。（1）選擇熱縮型和冷縮型。冷縮電纜終端從密封性能、絕緣性能、電場處理和外觀等方面都要優于熱縮型，應該作為設計首選，但是風電機組的出口電壓一般為690V，而我們選用的是1kV低壓電纜，因此為節省工程造價，1kV電纜終端采用熱縮型就可到達設計要求，35kV電纜終端一般則采用冷縮型。（2）選擇戶內型和戶外型。按照正常理解，處于風電機組及箱體內的電纜終端屬于戶內，處于桿塔側的電纜終端屬于戶外。其實這種觀念并不完全正確，戶內和戶外型電纜終端的主要區別在于戶外型比戶內型多增加了傘群，傘群可有效防止污水流的形成，并可增大爬電距離，可有效地避免電纜終端的污閃和爬電的發生。處于風電機組和箱體內的電纜終端，雖然有外保護措施，但是其溫度及濕度條件其實是達不到戶內要求的，有些風電場的箱體內可能會發生凝露現象，因此針對這種情況，設計時應選用戶外型電纜終端。另外，由于電纜導體是由多根導線絞合而成，它與絕緣層之間易形成間隙，并且導體表面的不光滑會造成電場集中，容易在導體和絕緣層之間發生放電現象，因此風電場應選用相間絕緣護層為可剝離型的電纜，這樣在分相后的電纜導體表面有了一層半導體屏蔽層，它與被屏蔽的導體等電位并與絕緣層良好接觸，可有效防止電纜絕緣被擊穿。

3.3箱變至架空線的斷口方案

此類選擇的初衷是主要考慮箱變發生故障時如何與線路隔離，一般有下列3種方式：（1）裝設跌落式熔斷器，有短路保護和隔離電路的作用。但該方案可能由于風電場風大時，會造成動靜觸頭接觸不緊密而出現火花灼傷觸頭，這種方式用戶褒貶不一，但也有用戶一直使用至今的，關鍵是采購的設備質量如何。（2）裝設隔離開關，主要起隔離電路的作用。該方案安裝的方式較多，有側裝式和正裝式，考慮到原桿塔的空間結構，原則上應按獨立式設計，而且要加圍欄，以保證人身安全。（3）沒有明顯斷口，不加任何附屬設備。其實這是最簡單最可靠的作法，元件少、自然故障率低。如箱式變電站發生故障時，可采取備用箱變的做法，實踐中很方便，特別是能在最短時間內恢復送電，減少大風月期間的電能損失。因此在設計方案時，如電網側沒有特殊要求，優先選擇第3種方式。

4結語

本文描述了風電場架空線路及電纜線路優化設計的方法，并對集電線路設備的選型提出了合理的建議，從而進一步提高風電場集電線路運行的安全性和可靠性。

作者：牛清華單位：中國福霖風能工程有限公司