【文章內(nèi)容簡介】 本不高，其基本思想是將一定數(shù)目的風力發(fā)電機（包括其附帶升壓變壓器）連接在一條電纜之上。主要問題是每條鏈上的風機數(shù)目受到地理位置、電纜長度、電纜容量等參數(shù)限制。環(huán)形設計比鏈形需要的電纜規(guī)格更高、長度更長，因此成本較高，但因其能實現(xiàn)一定程度的冗余，可靠性較高。其中，單邊環(huán)形結構是將鏈形中每串尾部的風力發(fā)電機通過電纜接回匯流母線，雙邊環(huán)形結構是將鏈形中兩相鄰串的尾部風力發(fā)電機相連，而造價均較高。 圖12 匯流線路常用結構風電場匯流線路選擇方面，陸上風電場匯流線路方式一般采用架空線或電纜敷設這兩種。海上風電場由于復雜惡劣的的自然條件等海況限制，加之風速大，風電場年利用小時數(shù)較高，檢修線路對發(fā)電量造成的損失較大，在考慮建設造價、施工難度、運行成本等諸多因素后，國外海上風電場匯流線路均選用可靠性高的電纜敷設方案。風力發(fā)電機分組多為靠風機的排布位置、結合現(xiàn)場施工的便捷性制定，再由微觀選址結果決定。大多數(shù)情況下，要盡量使風機均勻地分部到各個匯流支路上，以免造成風場運轉(zhuǎn)時由于各條支路電量和潮流不均而造成的沖擊。合理的進行風機分組可以減少出線斷路器臺數(shù)，使風電場海底高壓電纜投資盡量節(jié)省，從而優(yōu)化了主接線設計。二、300MW海上風電場介紹及主要設備選型1 風電場基本資料江蘇沿海地區(qū)某海上風力發(fā)電場一期位于某市的一個鎮(zhèn)行政區(qū)內(nèi)，西距其沿海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)海岸線3235公里（根據(jù)國家海洋局和國家能源局聯(lián)合出臺的《海上風電開發(fā)建設管理暫行辦法實施細則》規(guī)定海上風電場原則上應在離岸距離不少于10千米、灘涂寬度超過10千米時海域水深不得少于10米的海域布局和已經(jīng)上報待批的江蘇省級2010年至2020年海洋功能區(qū)劃要求，調(diào)整后的用海范圍，較原規(guī)劃向深海推進1215公里），用海面積約60平方公里，海底地勢延伸平緩，基本屬于近海風電場。風電場區(qū)域水深525米，年有效風速小時數(shù)8248小時（~25米/秒），年等效滿負荷小時數(shù)大于2600小時。風電場海域?qū)俦眮啛釒Ш吞窖笈瘻貛Ъ撅L氣候，冬冷夏熱，春溫多變，秋高氣爽?！妫瑹o霜期220天。，分布在大約60平方公里的近海，風電場風機匯流采用35kV海底電纜線路。根據(jù)海上風機微觀選址結果，84臺風電機組設計分8條匯流回路，220kV分相式復合光纖海底電纜線路總長約35公里，35kV復合光纖海纜總長度約50公里。海上風電場一期有220kV升壓站一座（升壓平臺），設計兩臺容量為150000kVA的主變壓器和220kV 以及35kV HGIS組合電器。電能由海上風電場升壓站平臺經(jīng)陸上配套的變電/開關站往江蘇蘇北某500kV變電站220kV母線送出。由于該沿海灘涂每年以80米向海生長延伸，因此具備規(guī)模開發(fā)光伏發(fā)電的條件（區(qū)域內(nèi)已經(jīng)有華電尚德光伏電站運行，以及建設中的神華國華和中節(jié)能光伏電站，且各自遠景總裝容量均在100MWp），故建議本課題之外的陸上變電/開關站部分設計應有100MWp的光伏通道，以減少同系統(tǒng)內(nèi)的電站工程重復投資。另外，由于本海域風資源較大，為便于遠景擴建，陸上變電/開關站為二期預留300MW開關間隔一個，可避免后續(xù)的土建工程改造。2 電氣主接線設計電氣主接線又稱一次接線，它是電廠變電站（升壓站），電力系統(tǒng)傳遞電能的通路，主接線是發(fā)電廠變電站電氣部分的主體，其中包括發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、互感器等主要設備，變電站的電氣主接線應根據(jù)該站在電力系統(tǒng)中的地位、變電站的規(guī)劃容量、負荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設備特點等條件確定。海上風電場升壓站實質(zhì)上為終端變電站，當能滿足風機啟動、電能送出和繼電保護要求時，宜采用斷路器較少的分支接線。鑒于單一的海上風電場的容量較大，且配有兩臺主變的情況，故海上升壓站宜選用單母接線方式，220kV母線避雷器和電壓互感器，宜合用一組隔離開關，以減小海上平臺面積。此組合方式有著接線簡單清晰，設備少，投資省，運行操作簡單和便于擴建的優(yōu)點，適用于海上風電場的主接線設計方式。海上升壓站及陸上變電/開關站的主接線圖如下:圖21. 陸上變電/開關站主接線圖圖22. 海上升壓站平臺主接線圖圖23. 風機分組主接線3 場用電設計 I段母線和35kV II段母線，保證了兩個相對獨立電源供電，低壓側采用單母線分段的接線形式，部分重要負荷可在低壓側I段母線，II段母線各取一回，保證供電的可靠性。4 主要設備選型（1）風電機組的選型，主要技術數(shù)據(jù)如下: 額定功率額定效率97%冷卻方式IC616定子/轉(zhuǎn)子額定電壓3000V/674V定子/轉(zhuǎn)子額定電流573A/787A定子輸出頻率50Hz轉(zhuǎn)子開路電壓1927V定/轉(zhuǎn)子接線方式Δ/Y額定轉(zhuǎn)速1800r/min直軸同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗Xd=，Xd’=，Xd’’=交軸同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗Xq=，Xq’=，Xq’’=絕緣等級H發(fā)電機防護等級IP54滑環(huán)防護等級IP23重量210t運行轉(zhuǎn)速范圍1000~2000r/min運行環(huán)境溫度30~40℃（2）風機箱變的選型風機出口電壓為3000V，所以需要為風機提供一變壓器以達到匯流線路的額定電壓,具體數(shù)據(jù)如下:表1. 風力發(fā)電機美式箱變參數(shù)型號SRMM3700/35容量（kVA)3700接線方式Dyn11抽頭電壓(kV)35+2*% /3短路阻抗（%）空載電流（%）%空載損耗（W）2228（3）主變壓器的選型，所接電網(wǎng)電壓為220kV，以此數(shù)據(jù)選擇主變壓器，具體數(shù)據(jù)如下:表2. 風電場主變壓器參數(shù)型號SFP7150000/220容量（MVA)150接線方式YNd11抽頭電壓(kV)230177。8*%/35空載電流（%）空載損耗（kW）140負載損耗（kW）450短路阻抗（%）高壓側容量（MVA)150電壓等級（kV）220/35冷卻方式ONAF表3. 風電場場用變壓器參數(shù)型號參數(shù)容量（kVA)400接線方式Dyn11抽頭電壓(kV)35/短路阻抗（%）空載電流（%）空載損耗（W）1130 海上升壓站平臺布置見下圖。平臺上設有五個模塊和主變、場用變間隔，電纜進線和防火系統(tǒng)專設一室。平臺下部有220kV和35kV電纜進線轉(zhuǎn)接器。220kV和35Kv HGIS模塊分別安裝有兩個電壓等級的組合配電裝置?？刂坪捅Ｗo系統(tǒng)模塊內(nèi)安裝有繼電保護、SCADARTU和包括蓄電池在內(nèi)的UPS系統(tǒng)。具體這里不做討論。圖24. 海上升壓站平臺布置示意圖三、300MW海上風電場接線方案1 概述此設計的模擬海上風電場的容量較大，但由于海上風電的特殊性，風電場接入電網(wǎng)對系統(tǒng)的影響也不可小覷。因此，在離岸距離達35km以上的海上風電場，風力發(fā)電升壓系統(tǒng)要求具有高度的可靠性，風電場不可隨意接入電網(wǎng)或與電網(wǎng)斷開連接，機組無論在起動、正常運行或事故停機時，都應盡量縮小影響范圍，以確保其它機組的正常運行。該設計風場為近海風電場，屬于近海域。由于離岸較遠和海域使用限制，也為了后續(xù)的運行維護交通方便，故風機沒有采取狹長的布置方式，而是風機布置得相對十分集中，大部分風機距風電場升壓平臺較近，以規(guī)則的陣列布局。本設計根據(jù)風電場的裝機規(guī)模確定采用的升壓級數(shù)，風電場需設置匯流線路，風機的分組和布置也有多種方案。2 匯流線路方案描述及比較（1）方案描述由于海上風電的特殊性，在海水中大量架設塔桿很不現(xiàn)實，故本設計不考慮架空線和電纜與架空線的經(jīng)濟技術比較。風電場的風機至升壓站平臺之間的匯流線路以及上岸送出線路均采用電纜方案。電纜由于埋設在海底，不受周圍環(huán)境影響，可靠性較高；電纜對地電容較大，發(fā)生單相接地故障時，電容電流較大，并且發(fā)生單線接地故障通常以永久故障為主，因此不可以采用中性點不接地方式，只能采用消弧線圈接地或電阻接地方式,無形中降低了可靠性；℃，除海底火山口周邊外，一般海水溫度隨著水深逐漸降低。由于本風場海域海底均為泥沙淤積，導熱系數(shù)大、易于電纜散熱，海底電纜埋入海底淤泥之下，不僅散熱好且無跨越，因此不考慮發(fā)熱和機械強度校驗，短距離電纜在截面積滿足要求時，一般也無需進行電壓損失校驗，僅需按經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面。高壓海底電纜造價異常昂貴，且鋪設復雜，相同截面導線載流量不宜多。本設計中電纜導線截面積不宜過大，220kV宜選擇單根電纜，35kV宜選擇三相電纜，以降低造價。根據(jù)項目規(guī)劃后預可研微觀選址結果，風機布局有4排和5排兩種方案，見下圖。圖31 風機布局方案風電場行列間距各600米，根據(jù)土建專業(yè)設計結果，海上升壓站平臺安裝在B排和F排之間，綜合風機微觀布局要求，得到下表的數(shù)據(jù)。表4.風機布局方案一排號風機數(shù)量(臺)本排總功率（MW）本排總負荷（A）線路總長（米）A排（E排）116900B排（F排）116300C排（G排）