浅析风电场集电线路架空导线的选型

浅析风电场集电线路架空导线的选型

【摘要】风电场集电线路工程不同于一般的电网送电线路工程，它是将各台风电机组所发的电量由联络线路组接后分送至场内升压站低压侧，经集中升压后通过接入系统线路与电网并网。导线的选型是集电线路设计工作中的一个重要环节。作为设计人员必须对架空导线选型进行技术、经济分析，以提高集电线路工程建设的合理性、经济性。本文结合宁夏海原风电场（宋家窑）华电49.5MW风电工程，从经济电流密度、电压损耗和运行环境等几个角度来考虑导线截面的选择。

【关键词】架空导线；经济电流密度；电压损耗；运行环境；选型

架空线路导线的选型是集电线路设计工作中的一个重要组成部分，因为它们是构成输电线路的主要元件，电能必须依靠它们来输送。在选择导线的型号及截面时，既要保证输电线路的安全，又要充分利用导线的负载能力。对于35kV架空送电线路，导线截面一般按照经济电流密度来选择，并根据电压损耗及允许长期发热条件进行校验。对于风电场的集电线路输送最大负荷时与气候环境密切相关，全国各风区风资源情况大不相同，有的风电场最大风速发生在全年最热的季节，也有风电场最大风速发生在全年最冷的季节。风电场的最大负荷产生于大风季节，此时散热条件最好，可提高导线的负载能力。本文结合风电场的运行环境讨论合理选择集电线路导线截面问题。

1.项目概况

宁夏海原风电场（宋家窑）华电49.5MW风电场装机容量为49.5MW，等效满负荷运行小时数：1894h，全年风速有季节性变化，3～5月风速最大；10～12月和1月风速最小。单机容量为1500kW，共33 台。采用一机一变组合集电线路把33台风机分为2部分，每一部分为一回路，即分为A、B回路。A回路连接16台风机，由3条分支线和1条主干线组成；B回路连接17台风机，由3条分支线和1条主干线组成，风机箱变经引流线“T”接入集电线路，主干线迄点为风电场升压站内35kV门型架。

2.导线截面的选择和校验

该风电场集电线路分支线和主干线采用较小截面导线，主干线采用较大截面导线设计。本次选线及校验，选择连接风机最多的分支线和主干线具有普遍代表性。最长的一条分支线连接6台风机最大输送功率9000kW，线路长2.48km；连接风机最多的回路，主干线“T” 接三条分支线共连接17台风机最大输送功率25500kW，主干线路长3.2km。见图1

2.1按经济电流密度选线

最大负荷利用小时数T=1894经济电流密度取1.8，功率因素为0.95。

2.1.1导线持续工作电流：

分支线：

（A）

主干线：

（A）

式中：P—输送功率（kW）

Ue—线路额定电压（kV）

cosθ—功率因数

2.1.2导线截面：

分支线计算截面：

主干线计算截面：

式中：Ig—导线持续工作电流

Sj—导线截面（mm2）

J—经济电流密度（A/mm2）

按常规应选择接近并偏大或大一级的导线。本文结合该风电场的运行环境选小一个级别的导线：分支线选LGJ-70/10，主干线选LGJ-185/25。

2.2按允许长期发热条件进行校验

风电场全年最大风速发生在3～5月份，最高环境温度为+30℃

在环境温度+25℃、导线允许工作温度+80℃、计及日照时，分支线导线型号选LGJ-70/10，长期允许工作电流I=297A。主干线导线型号选LGJ-185/25，长期允许工作电流I=560A。

海拔高度≤2000m、计及日照、环境温度+30℃时综合修正系数K=0.91

LGJ-70/10导线实际温度下载流量：

I30=KI=0.91×297=270.3A≥156.28A

LGJ-185/25导线实际温度下载流量：

I30=KI=0.91×560=509.6A≥442.78A

以上两种导线都能满足设计要求。

2.2按电压损耗条件校验

接有多个分散电源时线路的电压损耗计算

L1段线路长0.3km；输送功率1500kW

L2段线路长0.3km；输送功率3000kW

L3段线路长0.3km；输送功率4500kW

L4段线路长0.3km；输送功率6000kW

L5段线路长0.3km；输送功率7500kW

L6段线路长0.98km；输送功率9000kW

L7段线路长0.53km；输送功率16500kW L8段线路长2.70km；输送功率25500kW 2.2.1回路电阻、电抗

R：线路电阻（Ω），X：线路电抗（Ω）

R=r0×L；X=x0×L

分支线LGJ-70/10查表r0=0.45，x0=0.402；主干线LGJ-185/25查表r0=0.365，x0=0.17；R1=R2=R3=R4=R5=0.45×0.3=0.135（Ω）

R6=r0×L6= 0.45×0.98=0.441（Ω）

R7=r0×L7= 0.365×0.53=0.193（Ω）

R8=r0×L8= 0.365×2.7=0.99（Ω）

X1=X2=X3=X4=X5=0.402×0.3=0.12（Ω）X6=x0×L6= 0.402×0.98=0.39（Ω）

X7=x0×L7= 0.17×0.53=0.09（Ω）

X8=x0×L8= 0.17×2.7=0.46（Ω）

式中：r0—导线单位长度的电阻（Ω/km）x0—导线单位长度的电抗（Ω/km）L—线路长度（km）

2.2.2输送无功功率

P1=1500（kw）Q1=493 （kvar）

P2=3000（kw）Q2=986 （kvar）

P3=4500（kw）Q3=1479（kvar）

P4=6000（kw）Q4=1972（kvar）

P5=7500（kw）Q5=2465（kvar）

P6=9000（kw）Q6=2958（kvar）

P7=16500（kw）Q7=5423（kvar）

P8=25500（kw）Q8=8381（kvar）

2.2.3电压损耗

式中：Ue—线路额定电压（kV）

R1～8—线路电阻（Ω）

X—线路电抗（Ω）

P—输送有功功率（kW）