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摘 要：本文以某风电场工程110kV升压站一次电气设计工作为研究对象进行分析，升压站作为风电场工程中的重要组成部分，其电气设计直接影响到整个风电场的电能质量。在升压站电气设计中，需要综合考虑工程的规模、工期、投资等因素，以及工程所在地的自然条件、供电政策等因素。本文结合某风电工程案例，对110kV升压站的一次电气设计工作要点进行研究，保证风电场工程建设质量，保证后续供电工作的稳定性，以期为相关设计工作人员提供参考。

关键词：风电场；110kV升压站；一次电气；设计

近年来，我国风电的发展速度越来越快，随着新能源风电开发利用技术的不断进步，风电场也逐步成为人们关注的重点。随着国家对清洁能源需求的不断加大，风力发电技术也得到了较大发展，也带来了一系列问题，其中风电机组的安全稳定运行成为人们关注的重点。尤其是在风电场内，由于风场内存在着较大的风功率波动，在电网系统中容易产生严重的影响。为保障风电场安全稳定运行，设计人员必须结合实际情况，对风电场内的一次电气系统进行优化设计。升压站内电气设备包括高压电气设备和低压电气设备。在设计时，需要对不同等级电压的电气设备进行选择和布置，并对其接线方式进行合理选择。升压站内的高压电气设备是影响整个风电场电能质量的主要因素之一，因此，在选择高压电气设备时要合理选择，并且保证升压站的一次电气设计科学性与合理性。

1风电场概况

聚智浏阳五鱼尖风电场座落在北纬28°23'39.65"～28°26'18.84"、东经113°38'16.44"～113°43'18.18"、浏阳市平江交界地带。场址区南北长约7公里，南北长约3公里，面积20平方公里，有效脊长7公里，海拔1100-1350m。场地距离浏阳市区公路55公里。场区西部紧邻G106省道和S319省道，风力发电基地位于山下，通村公路和机耕路通往场区的半山腰，没有与之相连的公路，外部交通十分不便。风电场拟采用XE141-2500-90和XE146-3200-95组合的风电机组10套，总装机容量49.4 MW，每台风机都安排在山顶（山脊）。该升压站选址位于场区中南部10#风场南侧的一座缓坡上，拟选址于该地区地势低洼，该场址位于三座小山之间，一条近南北方向的冲沟贯穿其中。该项目的天然高程为1187-1206.5m，最高落差为20m，工程地质条件复杂。升压站场区内植被较为发达，东侧西坡陡峭，南侧坡向平缓，生长着杂树和灌木。按照 DL/T5056-2007 《变电站总布置设计技术规程》的要求，结合该风电场的气象、地形和配电要求，将该变电所设置为室外 GIS。该地块面积约60m，宽度55m，用途为其他用途。

2风电场110kV升压站一次电气设计工作策略分析

2.1电气主接线

2.1.1接入系统

该项目目前及最后一期均为49.4 MW，将新建110kV升压站1个，并在本期和期末各安装一台50 MVA有载调压升压变压器。升压站采用一次110kV架空线与110kV古港变相连，输出线长22.8千m，导线为LGJ-300型。该接入系统的设计方案已经由湖南省电力经济技术研究院审核通过，并以《湘电经院评函（2018）112号》为批复。

2.1.2电气主接线及建设规模

110kV升压变电站二期工程一期工程建设，110kV配电网采用线变组接线方式，35kV配电网采用单母线方式。35kV配电设备这一期总共有8个35kV的高压开关柜，包括：1个主变进出线开关柜，一个3面集电线路开关柜，1个接地和站用变开关柜。1面 PT柜，1面 FC开关柜，1块 SVG开关柜。升压站的无功补偿设备为 FC+ SVG，即在每个主变35kV侧设置2套 FC和1套 SVG。这一期的计划是在35kV主变上安装1套3MVar的 FC，1套 SVG （±8 MVar），并预留1套 FC站址。

2.1.3主变压器

110kV主变选用三相双绕组、有载调压、低损耗的油浸式自冷式变压器，对其进行了优化设计，提高了系统的综合性能。主变压器型号：SSZ11-50000/110；容量比：50/50MVA；电压等级：115±8×1.25%/37kV；阻抗电压：Uk=10.5%；接线组别：YNd11；冷却方式：自然油循环（ONAN）；布置方式：屋外布置。110kV中性点绝缘水平：72.5kV

2.2绝缘配合及过电压保护

2.2.1避雷器的配置

在变电站110kV线路和35kV线路侧，主要变压器中性点和35kV母线上都安装了氧化锌避雷器。

1）110kV电气设备的绝缘配合。110kV的避雷器选用的是氧化锌避雷器，参考我国现有的技术水平，选用的是氧化锌避雷器。：2）110kV电气设备的绝缘水平。110kV输电线路的绝缘等级是由雷击过电压来确定的，在这种情况下，电网通常能够承受运行过电压。因此，工作波测试电压的匹配在绝缘装配中没有被考虑在内。雷击电流的匹配度，参考10 kA的雷击残余压力，匹配系数选取1.4。根据GB311-2012 （根据1200m的海拔校正），确定了110kV用电装置的绝缘等级参数和保护等级匹配，详见表1：

2.2.2中性点接地设备

按照国网《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》要求，风电场均应采取中性点经电阻柜、消弧线圈等接地形式，但在实际应用中存在一些问题。当前，该系统的集电线是一条完整的线缆，而输出的一条是架空的，其单相容量为：电缆线路：Ic1=0.1*Ue*L=0.1×37×13=48.1A计及升压站附加电容电流，总单相接地电容电流为：Ic总=1.1*Ic1=1.1×48.1=52.91A按照 GB/T50064-2014 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》3.1.4条，该项目的单兼容电流为52.91 A。选择电阻接地电流300A，根据《导体与电器选择技术规定》（DL/T-5222-2005）要求，接地电阻成套装置中小电阻选择为R=71.2Ω。依据接地变压器3秒钟的热稳电流最大可达到10.5倍装置额定电流的原理，选取该接地变的容量为700 kVA，站用变为315 kVA，接地兼站用变型号为 DKSC-1000/37-315/0.4，接地电阻取 RN=71.2Ω。

2.2.3无功补偿装置：

依据《电力系统电压和无功电力技术导则》以及《风电场接入电力系统技术规定》的相关规定，将无功补偿设备设置于升压站35 kV侧，采用了现场均衡的方式。

该风电场设计的风力发电机组为2 MW，2.5 MW，3 MW，3.4 MW，厂内功率因子设置为1.0，在-0.95～+0.95的范围内。针对这一特性，提出了一种新的无功补偿新方法，即利用该特性，不需要对风机自身进行无功补偿。在此基础上，提出了无功补偿的容量要大于无功损失的大小。通过计算35kV箱变在全负荷状态下的负荷为100%，35kV箱变空载电流为0.7%，阻抗电压为6.5%；升压站主变设计能力为50 MVA，负荷为49.4 MVA，空载电流为0.49%，阻抗电压为10.5%；35kV收集线13公里，全部光缆，X1=0.12Ω/km；1回110kV输电线路的输电距离为22.8km，LGJ-300线X1=0.4Ω/km。

2.3绝缘子串的选择

根据 GB/T16434-1996 《高压架空线路和发电厂、变电站环境污区分级及外绝缘选择标准》的污染级别，110kV取漏率值≥2.5 cm/kV，35kV值取漏率值≥2.5 cm/kV值，根据系统最高运行电压和泄漏比距选择绝缘子片数；在此基础上，提出了一种新的结构形式，即采用了一种新的结构形式，并对其进行了分析。在110kV变电站中，选择了9根XWP2-7作为隔离子母线，其漏泄距离为4050mm；这些都是在零位的情况下进行的。

2.4电气平面布置

根据选址的地理位置、系统接线以及各个级别的电压出线方向，详细的电气平面布局是这样的：110kV的配电设备是一个室外 GIS，它被安排在了升压站配电大楼南边的35kV配电室的房顶上，110kV的东侧出线；主厂房位于配电大楼的南面，而配电大楼则位于厂房的中间位置，二级设备机房和35kV的配电室都位于大楼内部。SVG装置与 FC装置及接地兼站用变均设于室外，其中在升压站环形路南侧设置接地兼站用变及 FC装置，升压站环形路西侧设置 SVG装置。主变室设在室外，设事故油池一处，事故油池容积根据主变的最大油量来决定。按照 GB/TLT5056-2016 《变电站布置设计规范》，车站内部应预留4 m宽的环状路面，以满足消防疏散及设备输送的需要。

2.5站用电及照明

2.5.1站用电

根据升压站的负载状况，选择了两种供电方式，其中一种是35kV接地和站用变，二次容量为315 kVA，供电方式为35kV母线；另外一座10千伏电杆上的油浸变变，负载315 kVA，从建设用电改成了站用变，供电来自站外10 kV线。升压站主站用电，二变一主一备，经低压侧 ATS开关。

2.5.2照明

升压站配有正常的灯光及事故灯，平时用的是变电站的380/220 V三相四线制供电。二次设备室、主控室等均以荧光灯为主，并配有紧急灯及指示灯，室外配电设备的现场照明为低位可转动的投光灯。在主控室、配电室及出入口设置事故照明，应急照明采用 UPS供电，事故灯为 AC灯具。

2.6防雷接地

2.6.1直击雷保护

依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》 GB/T50064-2014和 GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》对直击雷防护的规定，在升压站安装2根30 m高的独立避雷针，并在配电楼、水泵房等设备上加装避雷带，对直接击雷进行了防护。经过检查，室外的配电设施及建筑物、构筑物均在其保护区域之内。

2.6.2接地设计

车站接地应根据工程实际情况，选择合理、经济的接地方式。根据 GB/T 50065—2011 《交流电气装置的接地设计规范》，对接地设备进行了设计。变电所的接地方式是由水平接地和竖向接地构成的组合接地网络，其中水平接地体占主导地位，竖向接地体为辅；水平接地体的埋设深度为0.8m，采用-60×6的镀锌扁钢。垂直地面体为Φ50 （不少于4 mm）的热镀锌钢管，每根长度2.5m，以每年0.065 mm的腐蚀速率计算30年，接地引下线采用-60×6的镀锌扁钢，则30年后镀锌扁钢截面为235mm2，能够满足热稳定截面要求。避雷针、避雷器以及主变中性点设备等处，设置以垂直接地体为主的集中接地装置，并与主接地网连接，屋外主要电气设备的接地，采用接地引下线与主网可靠连接，接地引下线的规格同于主接地网的材料规格。考虑到站点地区的土质电阻很大（大约3000Ω. m），经过对接触电压、跨步电压的校验，该项目的接地电阻必须符合不超过1.28Ω（5000/I）的条件。施工结束后，按照规范测量接地电阻，测量电阻值如果没达到规程要求，则采取在接地网周围设接地井、换土、接地网向外延伸或装设等离子棒、接地模块、降阻剂等措施等使之达到规程要求。

独立避雷针具有独立的接地装置，车站内的设备、结构支架和建筑引下线都要以最短的距离与主地网相连，配电装置、避雷器、主变中性点设备、高低压柜、保护监控柜等设备都采取了双引下接地的方法。为进一步保障操作维修人员的生命安全，建议采取下列措施：1）站区内进出水管采用的是绝热的分区；2）在作业层及周边铺碎石或柏油路面，以增加表面电阻率，减少人员受伤；3）在人流密集的变电所入口处，如变电所出入口，应采取“帽檐”式的均压带等措施，进一步提高防雷接地的安全性能，在《降低接地电阻的措施专题研究报告》中介绍了接地系统的具体接地方式。

2.7电缆设施及防火

车站电缆走廊应按照道路与建筑结构并行布局，统筹规划，合理布局，根据光缆数量，对光缆的断面进行动力可变设计。因为不可能把所有的管线都伸到每个设备上，所以必须穿过钢管。为了避免发生火灾和火势的蔓延，在电缆沟中的动力电缆和控制电缆必须进行严格的分层铺设，并且要用防火隔板将其分割开来，在各个级别的电压配电设备中的电缆沟引接点以及各个沟道的交汇处，都要用防火隔板和防火材料来封闭，并且要有一个对应的火阻段，阻火段的间距按≤60m来计算。对进入控制室的盘箱底部的开孔进行了封闭，同时在通道封闭部位，每隔1m都要涂上防火漆。

3结语：

综上所述，目前我国大部分风电场仅考虑接入220kV变电站，导致其所接负荷较小，难以满足未来电网系统对大容量、高电压等级风电场的需求。在这种情况下，需对现有风电场进行扩建或新建110kV升压站，变电站扩建的主要目的是为了增加变电站容量以满足未来电网对大容量、高电压等级风电场的需求，而新建110kV升压站的主要目的则是为了满足未来电网对大容量需求。

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作者通讯：沈丰、男、汉、1988年7月、籍贯：湖南湘潭、学历：本科、职称：中级、研究方向：新能源。