风电场集电线路设计

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摘要：我国目前风电场的研究越来越深入，而风电场的集电线路也越加完善。风电场的集电线路工程主要是将各个风电机发的电量通过联络线路组接之后分别送到各个场内的变电低压侧，然后通过集中升压之后联入线路同电网并网。总的来说，风电场项目在投资上远远高于一般发电项目，因此为了最大化节约工程的成本造价，就必须对风电场进行相关优化，而本文就风电场集电线路的设计策略展开了探索，希望对相关事业有所借鉴。

关键词：风电场 集电线路 线路设计 策略

中图分类号：U212.3文献标识码： A 文章编号：

0 引言

由于这些年，我国资源的利用增多，因此储备呈现一种急剧下降趋势，为了加大可再生资源的开发及利用，我国政府提高了重视程度。我们知道，风能属于一种可再生资源，并且在经济建设中有着极具开发价值，同时也是一种清洁能源，加之蕴藏量极大，因此成为了当前一种十分理想的能源。风能分布十分广泛，可以不断再生，并且不存在污染等。不断加强风资源的开发与利用，加快风能发电工程建设，十分符合我国能源发展战略的需求。据不完全统计显示，我国陆地大约可利用的风能资源突破3亿千瓦，加之在沿海地带还有一些可以利用的风能资源，总计大约超过10亿千瓦的资源总量。对于风电场工程而言，其风资源的分析及风机的布置属于重点之外，其最为关键的设计当属场内输变电工程。风电场与一般电网送电工程之间有着截然不同之处，前者主要利用的是集电线路，而该类线路主要是将各个台风电机组发的电量通过联络线路组接之后送到各个场内的升压变电所低压侧，最后通过集中性的升压之后，接入到系统的线路中，并同电网之间并网。由于这种特点，使得风电场风能比较分散，因此相关设备的投资就比较昂贵，为了最大化节约成本，就需要对集电线路的设计进行不断研究与优化。

1 风电场集电线路设计的基本特点

就当前来看，风电场工程建设的主体部分一般比较分散，各个主体之间相互隔着一定距离，其间需要利用集电线路把风电机组加以连接，才能达到相关的效果。但是，实际应用中，各个风电机组产出的电源都为低压电源，因此要想实现集电过程中线路的损耗最低，就应先进行升压，之后才通过输电线路的作用统一将其输送到升压站。我国大部分风电场所建场所皆在人烟比较稀少的地域，因此输电线路大部分在设计中主要采用的是架空输电，只有极少部分采用的是地下电缆敷设，但不管采用何种方式，其具体都应根据当地电力市场情况及自然、地理环境等进行确定。对于风电场内的集电线路而言，设计可以采取电缆敷设，也可以采取架空线路，这两种方式的选择也需要依据现场的电力市场来决定。

2 集电线路的接线形式探析

2.1 集电线路的电压等级选择策略

当前风电机组的出口电压大部分为0.69kV，采用风电机组—箱式变压器单元接线方式进行升压后有10kV和35kV两个电压等级可供选择，对于风机容量小且机位距离升压站较近的情况，集电线路可采用10kV电压等级。如果风电场装机容量较大且距离升压站较远，采用10kV集电线路运行与维护工作量较大，线路损耗较多，因此一般采用35kV电压等级。

2.2 集电线路方式的选择

风电场集电线路有3 种形式，第1 种是架空线方式，风电机组所发电能经箱式变电站升压后，通过电缆接至最近的架空线路杆塔；第2 种是电缆连接方式，风电机组所发电能经箱式变电站升压后，通过电缆连接至相邻箱式变压器高压侧；第3 种是架空与电缆混合方式。从节省投资方面考虑，风电场集电线路一般情况下优先采用架空线路，当风电场处于海滨、林区等环境保护或旅游区域时，可采用电缆线路或架空电缆混合线路。

3 架空线路设计的策略

3.1 架空线路的路径选择策略

对于地势比较平缓，并且靠近场内道路的地域，应首选架空线路，同时应尽量规避冲刷地带、洼地、林木砍伐量较大及不良的地质区域，这样才能保障线路的通行安全。此外，在一些滩涂、海滨及泥沼等地域也会出现架空线路，此时则应尽量将线路设置在场内道路边缘的田埂边，此外还要防止电功率潮流迂回的现象发生。

3.2 架空线路的杆塔结构型式选择策略

由于架空线路一般设置在人烟稀少的地区，尤其是地处荒漠平原或丘陵山地的风电场，其场内的架空线路采用的直线杆塔一般应使用钢筋混凝土电杆，而转角杆塔与终端则应使用国内定型的自立式角钢铁塔或者混凝土电杆。此外，在一些滩涂、海滨及泥沼等区域，采用架空线路，杆塔的型式一般应采用自立式的角钢铁塔；而在一些施工难度较大或风电场征地费用较高的地区，则宜采取钢管杆型式。

3.3 防雷接地

不管何种电厂，都应做好相关的防雷接地措施处理，对于风电场内部，架空的线路在35 kV 应该全线架设避雷线，并且应逐基接地；而对于架空线路在10 kV时则应采取电缆的上杆杆塔接地即可。

3.4 重覆冰地区的线路设计策略

在重覆冰地区进行风电场架空线路设计时，应着重采取抗冰与避冰两种策略：

3.4.1 抗冰：首先，设置架空线路定位档距的时候不能太大，应尽量保证各个档距之间要尽量平均，这样能减少不必要的张力；其次，应尽量减少相邻档之间的高低差，要避免不均匀的覆冰及脱冰跳跃对绝缘子产生的破坏；最后，应对覆冰程度进行分析，根据严重的情况来选择合适的金具、绝缘子及导线等，必要的时候应采取特殊的设计来避免冰灾危害风电场的线路。

3.4.2 避冰：在线路路径选择的时候要尽量避免横跨风道、垭口，以及通过水库及湖泊等地段，在山岭地带，也要避免沿着覆冰背风坡走线。

4 电力电缆线路设计的策略

4.1 电力电缆路径及敷设方式

风电场电缆敷设路径首先要避免电缆遭受机械外力、过热和腐蚀等危害，其次应尽量结合场内道路，在满足安全的条件下， 保证电缆路径最短。

风电场电缆敷设主要采用直埋方式。电缆敷设于非冻土地区时，电缆外皮至地面深度不得小于0.7 m，当位于行车道或耕地时， 应加深至1 m以上；直埋电缆敷设于冻土地区时，为防止冻胀对电缆产生危害， 宜将电缆敷设于冻土层以下，如无法埋深，可埋设在土壤排水性好的干燥冻土层或回填土中。

风电场电缆敷设路径如遇到大块盘石等不宜开挖电缆沟地区，可采用明敷，主要采用电缆桥架方式；如遇到石油管线等交叉跨越困难地区，也可采用拉管方式敷设，该方式利用导向钻机和导向仪设计出轨道和钻孔，然后回拉扩孔，并将敷设套管拉入钻孔中，最后将电缆牵引至套管完成对电缆的敷设，拉管施工流程如图1 所示，该方案施工占地较小，破路及路面恢复工作少，在风电场电缆敷设施工过程中起了很大的作用。

图1 拉管施工流程图

4.2 电力电缆的型号选择策略

4.2.1 电缆导体的材质及截面选择策略

风电场由于造价较高，为了尽量减少成本开支，因此其高压电力电缆的导体我们择优选择铝芯，并且在最大化满足了电压降与修正载流量下，采取经济电流密度将合适的电缆截面计算出来，比如说当线路路径比较长时，此时需要的电缆量就比较大，此时的电压降与载流量若无法满足规范要求，那么就可以选择增大截面的方式来弥补不足。但是，在实际操作中，风电场中的电缆截面一般应在300平方毫米以内，一旦选择截面较大，就会造成分段或接头太多，那么就会对线路持久运行产生不利。

4.2.2 电缆的绝缘类型选择策略

在对风电场的电缆绝缘水平及类型选择的时候，必须严格按照相关规范来操作，尤其要对集电线路供电重要性进行考虑，在电力电缆导体与绝缘屏蔽之间的额定电压应为V0。应不低于其133%的使用回路工作相电压V，即35kV电缆的V0/V选取26/35，10kV电缆的V0/V选取6/10。

参考文献：

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