风电场集电线路设计分析范文

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1架空线路设计的优化

1.1架空线路路径选择

架空线路路径选择应尽量选择地势平缓、靠近场内道路的位置，应尽量避开洼地、冲刷地带、不良地质区域、林木砍伐量较大及其它影响线路安全运行的区域。对于海滨、滩涂、河网、泥沼等区域的架空线路，线路路径尽量在场内道路边缘的田埂边、养殖塘塘角位置。另外还应避免电功率潮流迂回现象。

1.2杆塔结构型式

对于丘陵山地、荒漠平原地区的风电场，场内架空线路直线杆塔可采用钢筋混凝土电杆，终端和转角杆塔可采用国内定型的自立式角钢铁塔或混凝土电杆；对于海滨、滩涂、河网、泥沼等区域的架空线路，杆塔型式宜采用自立式角钢铁塔；对于少数风电场征地费用高、施工难度大的区域，可采用钢管杆型式。

1.3防雷接地

风电场内35kV架空线路应全线架设避雷线，且逐基接地；10kV架空线路一般只需电缆上杆杆塔接地，若处于多雷区时全线也需架设避雷线且逐基接地。

1.4重覆冰地区线路设计

风电场中对于重覆冰地区的架空线路设计应注重采用避冰和抗冰措施。（1）避冰措施：线路路径选择时应尽量做到避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰地段，通过山岭地带时应沿覆冰时的背风坡或山体阳坡走线。（2）抗冰措施：首先重覆冰地区的架空线路定位档距不宜过大，同时要求各档距间尽量均匀，以减少不平衡张力；其次各相邻档的高低差也需要减少，以避免脱冰跳跃和不均匀覆冰时对绝缘子的破坏；再次需根据覆冰的严重程度，选择适当的绝缘子、金具、导线和杆塔型式，必要时可进行特殊设计以应对冰灾对风电场线路的危害。

2电力电缆线路设计的优化

2.1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0.7m，当位于行车道或耕地时，应加深至1m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。

2.2电力电缆型号选择

2.2.1电缆导体材质及截面选择

考虑到工程造价，风电场的高压电力电缆导体优先选用铝芯，在满足电压降及修正后的载流量的前提下利用经济电流密度计算合适的电缆截面，如线路路径较长，所需电缆量较多，载流量及电压降达不到规范要求时，电缆导体可选择铜芯或者更大截面，但风电场内较长段（超过电缆厂家最大生产盘长时）电缆截面一般不宜超过300mm2，如电缆截面选择过大，电缆分段及中间接头增多，这样对线路的长期运行是不利的。如果选铜芯电缆或者增加截面仍不能满足要求时，可考虑降低单回线路的容量来解决。

2.2.2电缆绝缘类型选择

风电场选用的电缆的绝缘水平及绝缘类型应严格遵守相应的规程规范，考虑到集电线路的供电重要性，电力电缆导体与绝缘屏蔽或金属套之间的额定电压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。

3集电线路设备选型的优化

3.1线路型避雷器

风电场箱变至架空线连接电缆登塔处需安装避雷器，线路避雷器一般选用氧化锌型，该避雷器结构简单，具有通流容量大、无间隙、无续流等优点。氧化锌避雷器按其安装方式不同大致可分3种类型：悬挂式、支座式和支柱式。悬挂式避雷器一般安装于杆塔横担上，安装较方便，但由于其位置较高，不利于将来的运行维护；支座式避雷器一般安装在杆塔中下部位置，为保证与杆塔的安全距离，需安装复杂的固定钢支架；支柱式避雷器的安装可选择横置、竖置或吊装等承力或者不承力方式，同时可兼作支柱式绝缘子使用。由于支柱式避雷器安装方式多样，且不需要复杂的钢结构支架，因此可作为设计首选。风电场的线路避雷器需配备计数器，以便巡检人员根据计数器了解线路中发生雷击的次数，如雷击次数较多，应及时检测避雷器是否损坏，以保证线路的安全运行。此外，有些厂家还开发出新型避雷器，下面介绍两种：第1种是带脱离器的避雷器，脱离器是利用避雷器损坏时其工频故障电流持续增大，使脱离器内部产生电弧及热能，迅速引爆特制炸药，将避雷器退出运行，因脱离器动作后有明显的脱离标志，所以此故障点很容易被发现，从而可提高线路运行的稳定性和安全性；第2种是外间隙型避雷器，是脱离器式的升级版，因为脱离器脱离后如不能及时发现并更换新的避雷器，用电设备就会处于无保护状态，外间隙型避雷器可解决此类问题，如脱离器脱离后，外置间隙设备能马上投入工作，使避雷器能继续安全可靠运行一段时间，可避免线路受到二次损坏。上述两种新型避雷器也可作为设计选择方案。

3.2电缆终端

风电场集电线路的电缆终端主要包含1kV电缆终端和35kV电缆终端，其选型主要包括下面两个方面。（1）选择热缩型和冷缩型。冷缩电缆终端从密封性能、绝缘性能、电场处理和外观等方面都要优于热缩型，应该作为设计首选，但是风电机组的出口电压一般为690V，而我们选用的是1kV低压电缆，因此为节省工程造价，1kV电缆终端采用热缩型就可到达设计要求，35kV电缆终端一般则采用冷缩型。（2）选择户内型和户外型。按照正常理解，处于风电机组及箱体内的电缆终端属于户内，处于杆塔侧的电缆终端属于户外。其实这种观念并不完全正确，户内和户外型电缆终端的主要区别在于户外型比户内型多增加了伞群，伞群可有效防止污水流的形成，并可增大爬电距离，可有效地避免电缆终端的污闪和爬电的发生。处于风电机组和箱体内的电缆终端，虽然有外保护措施，但是其温度及湿度条件其实是达不到户内要求的，有些风电场的箱体内可能会发生凝露现象，因此针对这种情况，设计时应选用户外型电缆终端。另外，由于电缆导体是由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成间隙，并且导体表面的不光滑会造成电场集中，容易在导体和绝缘层之间发生放电现象，因此风电场应选用相间绝缘护层为可剥离型的电缆，这样在分相后的电缆导体表面有了一层半导体屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，可有效防止电缆绝缘被击穿。

3.3箱变至架空线的断口方案

此类选择的初衷是主要考虑箱变发生故障时如何与线路隔离，一般有下列3种方式：（1）装设跌落式熔断器，有短路保护和隔离电路的作用。但该方案可能由于风电场风大时，会造成动静触头接触不紧密而出现火花灼伤触头，这种方式用户褒贬不一，但也有用户一直使用至今的，关键是采购的设备质量如何。（2）装设隔离开关，主要起隔离电路的作用。该方案安装的方式较多，有侧装式和正装式，考虑到原杆塔的空间结构，原则上应按独立式设计，而且要加围栏，以保证人身安全。（3）没有明显断口，不加任何附属设备。其实这是最简单最可靠的作法，元件少、自然故障率低。如箱式变电站发生故障时，可采取备用箱变的做法，实践中很方便，特别是能在最短时间内恢复送电，减少大风月期间的电能损失。因此在设计方案时，如电网侧没有特殊要求，优先选择第3种方式。

4结语

本文描述了风电场架空线路及电缆线路优化设计的方法，并对集电线路设备的选型提出了合理的建议，从而进一步提高风电场集电线路运行的安全性和可靠性。

作者：牛清华单位：中国福霖风能工程有限公司