风电场集电线路设计

风电场集电线路设计
作者：禹超
来源：《硅谷》2011年第16期
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0820087－02
1 概述
1.1 建设风能发电的必要性
我国政府对可再生能源的开发利用高度重视，2006年1月1日正式生效的《中华人民共和国可再生能源法》中明确指出，国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，通过制定可再生能源开发利用总量目标和采取相应措施，推动可再生能源市场的建立和发展。

风能发电作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源，风资源的开发利用是我国能源发展战略和调整电力结构的重要措施之一。

风能既是绿色环保的可再生能源，同时也是目前技术成熟的、可作为产业开发的可持续发展的重要能源，大规模发展风力发电是解决我国能源和电力短缺最现实的战略选择。

1.2 风电场集电线路的特点
风电场工程主体为分散于各处、相互之间保持一定间距的风电机组，由于一般风机发电机的出口端电压为690V，属低压电源。

为减少场内连接线路的线路损耗，经升压后，由场内的高压联络线路统一送至升压站，需建设的高压联络线路按风电场工程的定义称为场内集电线路。

根据风电场的装机容量，需确定风电场的主接线形式。

根据风机特点，目前已更多地采用一机一变的单元接线，即在每台风机边设置一台满足风机单机容量输出的箱式变压器。

同时，为提高整个风电场的安全、可靠运行，以50MW风电场装机容量规模为例，3-4回左右的主接线方式较为适宜。

在既有风机的控制保护同时，又有箱变的保护配置，能达到风电机组的安全运行要求，而且通过合杆等方式又能节约一定的集电线路工程量。

风电场内的集电线路方式既可以采取架空线路方式，也可以采取电缆敷设方式。

而根据电力市场的现状，一般电力电缆线路的投资远远高于架空线路，较之能达到倍数级的关系。

除个别地区的风电场，由于土地资源和环境等因素制约下场内只能采用直埋敷设电缆方式外，大部
分的风电场由于地处偏远地区，人烟稀少，同时对环境影响较小的前提下，较多的形式是场内集电线路采用架空线路方式。

下面以华电双辽那木斯风电场一期49.5MW工程为例，介绍风电场集电线路设计方案。

2 风电场集电线路设计方案介绍
2.1 工程基本情况
华电双辽那木斯风电场，位于吉林省四平市双辽市境内;，东经123º21´30″～123º25´39″;，北纬43º25´51″～43º28´51″;之间，海拔高度为122～154m，场地开阔、平坦。

那木斯风电场一期场地的东侧分布有4个村庄，分别是那木林场、那木村二队、那木村三队和那木村四队。

那木斯风电场一期场地的北侧和东侧，地势平坦，地面高度变化不大，均为树林，其中北侧树林面积大和密集。

西侧和南侧的地势起伏较大，树林较少，大部分是草地和沙丘。

华电双辽那木斯风电场总体规划开发规模为200MW。

共分四期建设。

本期为一期工程，装机容量为49.5MW，拟安装33台单机容量为1500kW的风力发电机组。

同时，本期工程共需安装33台箱式变电站，其高压侧均采用并联接线方式。

根据风力发电机组布置图，将风力发电机组-箱式变电站共分为3组，采用35kV架空线接至场内升压站35kV母线。

2.2 集电线路路径
2.2.1 两端进出线说明
本工程箱变附近终端杆与箱变距离保持在10m-20m之间，确保架空线路尽量接近箱变，但保持一定距离，保证杆塔基础（包括拉线基础）位于箱变基础之外；电缆上线，电缆型号为YJV22-26/35-3x50。

同理，升压变电站附近终端杆与升压站保持一定距离，电缆下线，电缆型号为YJV22-
26/35-3x240。

2.2.2 线路路径
本工程新建线路合计31.04km，全部为架空线路，其中同杆双回线路长约为2.5km，全线大部分为平原或丘陵地带。

集电线路共分三条，每条线路接入11台风机组。

由于三回集电线路在进升压站处路径一致，因此，考虑采用同杆双回（水泥杆）+单杆一回（水泥杆）的架线方案或者同杆三回（钢管杆）的架线方案。

具体的方案比较如下表1和表2所示：
通过上述经济技术比较可知，水泥杆较钢管杆有造价便宜、安装检修方便、设计周期短等诸多优点；虽然水泥杆比钢管杆多走一路线路路径，但是，本风电场处在人烟较稀少地段，多走一路线路路径对当地景观无太大影响。

因此，本工程推荐采用同杆双回（水泥杆）+单杆一回（水泥杆）的进站架线方式。

2.3 气象条件
设计气象条件详见表3。

2.4 导线、避雷线和光缆的选型及其防振措施
2.4.1 导线、避雷线和光缆的选型
集电线路共分三条，每条线路接入11台风机组，前6台风机组采用LGJ-95/20钢芯铝绞线，后段采用LGJ-185/30钢芯铝绞线。

LGJ-185/30型导线外径18.9mm，质量731.4kg/km，计算拉断力64560
N；
LGJ-95/20型导线外径13.87mm，质量408.9kg/km，计算拉断力37080
N；
避雷线采用GJ-35钢绞线，外径7.80mm，质量295.1kg/km，计算拉断力43600N。

光缆采用ADSS自承式8芯光缆。

2.4.2 初伸长处理
导线、地线的塑性伸长对弧垂的影响，用降温法补偿，以实测气温为准，降低温度取值如下：
LGJ-185/30 …………………… 20℃
LGJ-95/20 …………………… 20℃
GJ-35 …………………… 10℃
2.4.3 防振措施
本工程导、避雷线均采用防振锤防振，表中所列数值为每档、每端、一根子导线的安装个数。

防振锤安装型号及距离如表4所示：
ADSS螺旋减振器或防振锤安装数量如下：
0≤档距＜200m 每档2只
施工架线完毕后应立即安装防振锤或螺旋减振器，不得隔夜安装。

2.5 绝缘配合、防雷及接地
2.5.1 绝缘配合
本工程全线按III级污区配置绝缘，导线悬垂串及耐张串采用FXBW4-35/70绝缘子，机械破坏负荷70kN，绝缘子串爬电比距2.5cm/kV。

2.5.2 防雷及接地
本工程采用线路全程架设避雷线方式防雷，对杆塔逐基接地，无需绝缘子，避雷线保护角不大于25°。

所有杆塔逐基接地。

杆塔采用水平敷设的接地装置，接地极用Φ10圆钢，接地引下线用Φ12镀锌圆钢，施工时如果接地电阻不满足要求时，应将接地极延伸至满足要求为止。

在雷季干燥时，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，不宜大于下表所列数值。

2.6 绝缘子串和金具
1）绝缘子串：导线悬垂串及耐张串采用FXBW4-35/70绝缘子，机械破坏负荷70kN；
2）悬垂线夹：导线采用XGU-2和XGU-3两种，避雷线采用XGU-2；
3）耐张线夹：导线采用NLD-2和NLD-4两种，避雷线采用NE-1；
4）导线跳线连接金具采用并沟线夹，地线跳线连接金具采用并沟线夹；
5）防震锤：导线采用FD-2和FD-4两种，避雷线采用FG-35。

2.7 杆塔及基础
2.7.1 杆塔
本工程均采用钢筋混凝土杆，选用《送电线路钢筋混凝土电杆定型设计》中的普通混凝土杆段。

总共16种形式，其中单回钢筋混凝土直线杆6种；单回钢筋混凝土耐张杆10种。

2.7.2 基础
直线杆装设卡盘；耐张、转角、终端杆基础采用底盘和拉线盘。

基础三盘均采用石材，石料选择时应以深处岩层为准，凡有风化现象者禁止使用，在构件上禁止有影响强度的纹、节理等不良现象，且符合下列要求：
极限抗弯强度不低于70公斤/平方厘米；
极限抗压强度不低于1300公斤/平方厘米。

石材三盘的强度安全系数为：
基础计算的地质条件按照III类土壤考虑。

2.8 通信影响及防护
1）本工程对影响范围内没有I、II级重要通信线路，不需采取防护措施。

2）本工程影响范围内也没有III级及III级以下通信线路，不需采取防护措施。

3 结束语
本工程为风力发电场新建工程，新建风力发电机组选址经风资源评估后布置较分散，在选择集电线路路径上充分考虑了扩建的规划、同时尽量减少集电线路的转角和跨越，从而大大减少了集电线路的总长、提高了线路的利用率、节省了投资及占地等资源；另外，风力发电场处于气象环境恶劣地区，运行条件艰苦，在合理化设计的同时，也考虑了运行、检修维护的操作方便。

参考文献：
[1]《66kV及以下架空电力线路设计规范》，GB50061-1997.
[2]周沈杰，《风电场集电线路导线选型分析》，《上海电力》，2008年，06期.
作者简介：
禹超（1978-），男，中国华电工程（集团）有限公司。