66 kV海上风电交流集电系统应用.pdf

19电力安全技术第25卷(2023年第6期)66 kV海上风电交流集电系统应用俞立凡，王仁忠，余 浩(中国华电集团有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310021)Application of 66 kV Offshore Wind Power AC Collector SystemYU Lifan,WANG Renzhong,YU Hao(Zhejiang Branch of China Huadian Group Co.,Ltd.,Hangzhou 310021)摘 要 某海上风电项目在国内首次应用 66 kV 交流集电系统，克服了传统的 35 kV 海缆面临着可互联的风机数量少、单位成本不断增加等制约因素，提升了项目建设的经济性和用海的合理性，同时该系统具备灵活的风电机组拓扑路线设计，有效提高了线路施工的便利性以及运行的安全性和可靠性。关键词 海上风电；交流集电系统；关键设备Abstract:An offshore wind power project,which adopts the 66 kV AC collector system for the first time in China,overcomes the constraints of the traditional 35 kV sea cables such as low quantity of interconnected fans and increasing unit costs,and improves the economics of project construction and the rationality of sea utility.The system features a flexible wind power unit top route design,and effectively improves the convenience of line construction and the safety and reliability of line operation.Key words:offshore wind farm;AC collector system;key equipment中图分类号:TM614 文献标识码:A 文章编号:1008-6226(2023)06-0019-03一期工程装机容量 300 MW，共布置 43 台单机容量 7 MW 的风电机组。项目规划新建一座陆上 220 kV 升压站，设计规模按风电场 400 MW 装机规模考虑，电气设备按一期 300 MW 的装机容量进行部署，预留远期100 MW 容量的建设场地。海上风电机组根据开发建设时序分为南、北两个场区(分别布置了 21，22 台风机)，并采用 4 回(南、北区各为 2 回线路)66 kV 集电线路将风机所发电量输送至陆上升压站，经升压至 220 kV 后并入电网。从经济性考虑，海上风电的海缆在登陆后应采用架空线敷设至 220 kV 升压站。但根据项目实际情况，4 回 66 kV 海缆登陆后首先通过 J 型管固定在岩石壁上，出 J 型管后进入电缆沟并敷设至海陆缆转换井转成陆缆，再深埋穿越田地(埋设深度不小于 1 m)，引至 4 回路架空线进入陆上 220 kV 升压站。0引言随着国家能源结构的调整，新能源发电快速发展。海上风电作为新能源的重要组成部分，因其风速大、运行稳定性高等优势1，成为新能源发电的重点发展方向之一。目前，海上风电单机容量趋于大型化，常规 35 kV 海上风电交流集电系统无论是在工程经济性还是用海合理性方面均存在明显的局限性。因此，某海上风电项目在国内首次应用66 kV 交流集电系统并取得较好的使用效果。1项目简介某海上风电场位于浙江省玉环县近海海域，场区中心离岸距离约 10 km，水深约 10 m，海底地形较平坦；工程场区呈多边形布置，东西长约 6.4 km，南北宽约 8.4 km，规划海域面积 24.0 km2；项目规划总装机容量 400 MW，分两期开发建设，其中第25卷(2023年第6期)电力安全技术202660 kV 集电系统优势分析海上风电在海上的电量输送一般依靠交流海缆，采用“干线式”接线方式，在海缆载流量和热动力允许的条件下，以尽可能多的数量连接风机机组，交流集电后分成几组输送到海上升压站或在离岸较近的情况下直接输送到陆上升压站。35 kV 交流集电系统是海上风电常用的输电方案，随着海上风电单机容量和规模的不断增大，35 kV 交流集电系统的局限性越来越突出，如可互联的风机数量少、所需海缆越来越长以及单位成本不断增加等。因此，采用更高电压等级的集电线路成为当前的发展趋势，66 kV 交流集电系统具有以下优势。(1)更具经济优势。对于设计有海上升压站的海上风电，其投资、年运行维护成本和度电成本相对较低2；对于离岸距离小于 15 km 且无海上升压站的海上风电场，也具有投入低、损耗低的优势。(2)更灵活的风电机组拓扑路线设计，可显著减少集电海缆总用量，从而减轻敷设工作量和难度；同时也能降低集电海缆用海面积，海缆路由审批更加容易3。(3)船锚或捕鱼设备等对投运海缆损伤的风险下降。随着海缆线路数量的不断增加，在近海区域由于船锚钩挂造成的海缆故障越来越严重，而66 kV 交流集电系统较短的集电线路和灵活的拓扑路线设计，可有效降低锚害风险，提升系统的安全性、可靠性。3系统关键设备3.1电气设备海上风力发电机组可在不同速度下进行运转，具有功率因数可调、低电压穿越等功能；单机组电气参数为额定容量 7 MW、额定电压 1 140 V、额定频率 50 Hz、额定功率因数 0.95(可调)。每台风机设计配置一套升压设备，结合海上环境及运行工况，变压器选用高燃点、可降解的合成酯/天然酯式变压器，其高压侧配置气体绝缘高压配电装置，低压侧配置抽屉式断路器柜。根据设计选型，该风电项目选择 XEG70-X2000CSM 型 变 压 器，具 体 参 数 为 额 定 容 量7.7 MVA、变 比 69 kV/1.14 kV、联 接 组 别Dyn11、无载分接开关 22.5%、冷却方式KFWF、阻抗电压 9.0%、变压器油重 3 940 kg、合成脂油 Midel 7131；66 kV 封闭式气体绝缘配电装置参数为额定电压 72.5 kV、断路器额定电流630 A、额定开断电流 25 kA；低压断路器柜参数为额定电压 1 140 V、额定电流 5 000 A、额定短时耐受电流 63 kA。3.2交流海缆根据国家电线电缆质检中心制定的 66 kV 海缆检测试验相关标准，该项目 66 kV 海缆选用铜导体3 芯交联聚乙烯绝缘分相铅护套钢丝铠装光复合海缆，采用 HYJQ41-F 系列的电缆。66 kV 海缆埋深原则上不小于 2 m，穿越航道时海缆埋深不小于3 m。电缆截面根据持续负荷电流及热稳定校验进行选择，具体为：连接 14 台风机的电缆采用 395 38/66 kV，连接 5 台风机的电缆采用 3150 38/66 kV，连 接 6 台 风 机 的 电 缆 采用 3240 38/66 kV，连 接 7 台 风 机 的 电 缆 采用 3400 38/66 kV，连 接 8 台 风 机 的 电 缆 采用 3500 38/66 kV，连 接 9 台 风 机 的 电 缆 采用 3500 38/66 kV，连接 10 台风机的电缆采用 3630 38/66 kV，连接 11 台风机的电缆采用3800 38/66 kV。为监测 66 kV 海缆运行状态，风电场同步配置了“海底光电复合缆在线综合监测平台”。其集成了海缆温度监测系统(即布里渊光时域分析子系统)、海事船舶自动识别子系统、周界安全防范系统等，结合海事系统动态跟踪船只信息，实现了对海缆的外部安全预警；同时布里渊光时域分析系统以温度监测为主体，最大限制地提高载流能力，保障海缆动态、安全业务运行；集成陆上升压站的周界安全防范系统，实现海缆、陆上升压站等全天候全方位的安全防范。3.3冷却及除湿系统海上风电相关设备大多处于海洋环境，湿度最大可至 90%以上，因此需合理选择电气距离、设备材质、绝缘方式等。随着设备散热要求越来越高，且海上风电长期面临湿度高、腐蚀重，设备维修成本高等特点，对冷却系统综合性能的要求更高。选型时，须充分考虑海上设备的换热性能、防腐性能和运行可靠性等特殊要求。该项目针对性地设计了21第25卷(2023年第6期)电力安全技术的智能化在线监测水平，有效降低了电缆综合管廊的建设、运维成本。参考文献：1 胡 毅，刘 凯，吴 田，等综合管廊电力舱综合监 测系统集成化研究 J农村电气化，2021，10(6)：5-8.2 刘俊俊，黄新波，赵 隆，等电缆隧道环境综合监测 系统设计与应用 J广东电力，2021，34(3)：106-113.3 马 凯，欧晓勇，雷 卫，等边缘物联代理装置设计 及在电缆沟道综合监测的应用 J电力信息与通信技术，2020，18(11)：56-62.4 徐鑫乾，徐 铼，陈 杰，等基于移动无线传感网的 电缆通道应急监测系统 J中国电力，2020，53(1)：66-71.5 曹连连，姜晓慧，钱玉麟，等地下电网管线的环境监 测系统研究与设计 J电气技术，2019，20(10)：53-57.收稿日期：2022-09-17；修回日期：2022-12-15。作者简介：蔡光柱(1988)，男，高级工程师，主要从事电缆监测设备、通信协议等开发工作，email：。王力学(1985)，男，工程师，主要从事电缆监测施工工作。杨海洋(1987)，男，工程师，主要从事电缆监测设计工作。张铁成(1990)，男，工程师，主要从事电缆监测设计工作。高安洁(1986)，女，高级工程师，主要从事输电线路、电缆传感器设计工作。马俊朋(1990)，男，工程师，主要从事电缆监测设计工作。王瑞田(1995)，女，工程师，主要从事电缆传感器设计工作。升压变压器、变流器塔桶外置液体冷却系统(冷却液为乙二醇和防腐剂)，将散热器布置在塔桶外。由于风机塔筒无法做到全密闭且无法做到设备的防腐全覆盖，为防止海上风机塔筒内凝露，现场设置了除湿系统，主要参数：最大处理风量500 m3/h、额定处理风量 450 m3/h、额定再生风量 50 m3/h、干空气机外余压 500 Pa、再生空气机外余压 250 Pa，除湿系统见图 1。图 1除湿系统示意4结束语随着海上风电的快速发展，单机容量和风电场规模不断增大，对海缆的要求也越来越高。66 kV交流集电系统在某海上风电项目上的国内首次应用，克服了 35 kV 海缆可互联的风机数量少、单位成本不断增加等制约性因素，提升了项目建设的经济性且其灵活的风电机组拓扑路线设计，使得线路的可靠性也得到了提高，相关经验可供海上风电场设计、设备选型等方面进行参考。参考文献:1 王 峰，芮守娟，王小合，等66 kV 海上风电交流集 电方案的研究与发展前景 J华电技术，2020，42(5)：61-65.2 蔡 蓉，张立波，程 濛，等66 kV 海上风电交流集 电方案技术经济性研究 J全球能源互联网，2019，2 (2)：155-162.3 李德军，张 旭，吕熹阳，等海上风电机组用环保型 交流 66 kV 电气系统方案设计与应用 J风能，2019 (10)：76-81.4 郭 彤海底电缆受船舶锚害风险研究 D天津：天 津大学，2013.收稿日期：2022-11-30。作者简介：俞立凡(1965)，男，高级工程师，主要从事发电厂生产管理工作，email：。王仁忠(1987)，男，工程师，主要从事海上风电等新能源生产管理工作。余 浩(1987)，男，工程师，主要从事电力建设管理工作。再生风入口120120干空气出口120再生风出口湿空气入口350260(上接第 18 页)