周振波

摘 要：在國(guó)家十三五規(guī)劃的大力支持下，海上風(fēng)電將得到快速的發(fā)展，海上風(fēng)電場(chǎng)離岸距離也將越來(lái)越遠(yuǎn)，海底電纜的合理選用和可靠接線方式，關(guān)系到海上風(fēng)電場(chǎng)的安全可靠運(yùn)行，也關(guān)系到海底電纜是否能適應(yīng)海上風(fēng)電場(chǎng)容量不斷增長(zhǎng)的需求，通過(guò)可靠性分析和發(fā)電量分析，探索適合海上風(fēng)電場(chǎng)出線海底電纜接線方式具有重要意義。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電場(chǎng)；運(yùn)行方式；電量損失

隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的快速發(fā)展，海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)海域越來(lái)越偏遠(yuǎn)，離岸距離從幾公里到幾十公里遠(yuǎn)，復(fù)雜的海域條件對(duì)風(fēng)電機(jī)組和海底電纜的技術(shù)要求越來(lái)越高，在充分考慮海上風(fēng)電場(chǎng)的接入大陸電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)方式，同時(shí)也考慮在后續(xù)可持續(xù)發(fā)展的條件下，探索適合海上風(fēng)電安全可靠運(yùn)行的海底電纜接線方式將非常重要。

1 項(xiàng)目概況

海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為12萬(wàn)千瓦，年上網(wǎng)電量約為2700萬(wàn)kWh，風(fēng)電場(chǎng)年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)為2300h，離距離大約為20公里。主變型號(hào)：SZ11-110000/110，容量為：110MVA。升壓站35kV母線采取單母線分段接線方式，中間設(shè)有母聯(lián)開關(guān)。35kV分段母線所帶各35kV集電海纜回路功率均衡分布。

2 海底電纜接線方式分析

2.1 單回海底電纜（104MVA）+單臺(tái)主變壓器（110MVA）線變組接線方式

2.1.1 運(yùn)行方式

35kV母線I段母線、II段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，#1主變通過(guò)110kV海底電纜聯(lián)接外網(wǎng)。

2.1.2 電量損失計(jì)算

（1）輸送容量匹配不足導(dǎo)致棄風(fēng)電量損失。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組出力特性曲線可知，風(fēng)電機(jī)組在3m/s以上啟動(dòng)發(fā)電，在12m/s達(dá)到滿發(fā)，切出風(fēng)速為25m/s。根據(jù)風(fēng)機(jī)出力特性與該區(qū)域風(fēng)力資源情況得知，風(fēng)速分布主要集中在4.0m/s～11.0m/s風(fēng)速段；風(fēng)機(jī)滿發(fā)時(shí)，占全年有效發(fā)電時(shí)間的10%。風(fēng)電場(chǎng)全年有10%的有效發(fā)電時(shí)間處于滿發(fā)狀態(tài)，大約876小時(shí)，110kV海底電纜輸送容量為104MVA，按裝機(jī)容量120MW，取功率因數(shù)cosΦ=1進(jìn)行電量損失估算。則電纜輸送容量與裝機(jī)容量匹配不足將導(dǎo)致全年棄風(fēng)電量損失約1401.6萬(wàn)kWh。

（2）110kV主設(shè)備檢修期間電量損失。根據(jù)《DLT596-2005電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定變壓器、GIS開關(guān)等電氣主設(shè)備檢修周期為1～3年。假設(shè)升壓站110kV主設(shè)備按每年進(jìn)行一次預(yù)防性試驗(yàn)、檢修，由于預(yù)防性試驗(yàn)、檢修所需要時(shí)間無(wú)相關(guān)具體規(guī)定，借鑒國(guó)內(nèi)容量10萬(wàn)千瓦陸上風(fēng)電場(chǎng)年度預(yù)防性試驗(yàn)及檢修時(shí)間大約在5-10天，假設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)110kV主設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)、檢修時(shí)間按7天來(lái)進(jìn)行電量損失估算。則由于升壓站110kV主設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)、檢修期間將導(dǎo)致全年電量損失約529萬(wàn)kWh。

（3）110kV海底電纜故障時(shí)電量損失。單回海纜因故障或檢修退出運(yùn)行，以海纜檢修時(shí)間三個(gè)月來(lái)計(jì)算棄風(fēng)電量。在海纜維修期間內(nèi)無(wú)法送出電量，海纜故障時(shí)間帶有不確定性，假設(shè)按月平均發(fā)電量計(jì)算，裝機(jī)容量120MW，按風(fēng)電場(chǎng)年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)為2300h來(lái)估算電量損失。則由于110kV海纜故障或受損修復(fù)導(dǎo)致電量損失6900萬(wàn)kWh。

2.2 兩回不同容量海底電纜（110MVA+20MVA）+兩臺(tái)不同容量主變壓器（110MVA+20MVA）

為了滿足海上風(fēng)電機(jī)組12萬(wàn)kW裝機(jī)容量正常輸出，按初步設(shè)計(jì)設(shè)備配置存在輸送容量不足問(wèn)題，根據(jù)《風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》要求，考慮增加一臺(tái)容量為20MVA的主變壓器和一回輸送容量為20MVA的海底電纜。

2.2.1 運(yùn)行方式

35kVI段母線、II段母線分段運(yùn)行，#1、#2主變分列運(yùn)行；#1主變（110MVA）帶35kVI段母線獨(dú)立運(yùn)行，經(jīng)#1海底電纜輸出；#2主變（20MVA）帶35kVII段母線獨(dú)立運(yùn)行，經(jīng)#2海底電纜輸出。在設(shè)備正常運(yùn)行情況下能夠滿足風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量12萬(wàn)kW滿負(fù)荷運(yùn)行。

該方式不能滿足《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》變壓器并列運(yùn)行條件的要求，#1主變與#2主變不能并列運(yùn)行，只能分列運(yùn)行。

2.2.2 電量損失計(jì)算

（1）110kV主設(shè)備檢修期間電量損失

a.#1主變檢修。#1主變檢修檢修時(shí)，假設(shè)#1主變及相應(yīng)的GIS開關(guān)預(yù)防性試驗(yàn)、檢修時(shí)間為7天，裝機(jī)容量120MW，海上風(fēng)電場(chǎng)年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)為2300h，按#2主變額定容量（20MVA）輸出估算電量損失，則由于#1主變檢修導(dǎo)致全年電量損失約454萬(wàn)kWh。

b.#2主變檢修。#2主變（20MVA）檢修時(shí)，假設(shè)#2主變及附屬設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)、檢修時(shí)間為7天，假設(shè)按#1海底電纜額定輸出容量（104MVA）計(jì)算，風(fēng)電場(chǎng)全年有10%的有效發(fā)電時(shí)間處于滿發(fā)狀態(tài)，大約876小時(shí)，則由于#2主變檢修導(dǎo)致全年電量損失約26.88萬(wàn)kWh。

（2）110kV海底電纜故障時(shí)電量損失

a.#1海底電纜（104MVA）故障時(shí)電量損失。假設(shè)#1海底電纜故障修復(fù)需要3個(gè)月，海上風(fēng)電場(chǎng)年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)為2300h，按#2主變額定容量（20MVA）輸出估算電量損失，則由于#1海底電纜故障或受損修復(fù)導(dǎo)致電量損失約5750萬(wàn)kWh。

b.#2海底電纜故障時(shí)電量損失。假設(shè)#2海底電纜修復(fù)時(shí)間需要3個(gè)月，風(fēng)電場(chǎng)全年有10%的有效發(fā)電時(shí)間處于滿發(fā)狀態(tài)，大約876小時(shí)。按#1海底電纜額定輸出容量（104MVA）估算電量損失，則由于#2海底電纜故障導(dǎo)致電量損失約350.4萬(wàn)kWh。

2.3 兩回相同容量海底電纜（104MVA）+兩臺(tái)相同容量主變壓器（110MVA）

為了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行要求和后續(xù)海上風(fēng)電場(chǎng)增容需要，采用原兩回相同容量海底電纜（104MVA）+兩臺(tái)相同容量主變壓器（110MVA）接線方式。

2.3.1 運(yùn)行方式

（1）#1主變、#2主變分列運(yùn)行。35kVI段母線、II段母線分段運(yùn)行，#1主變、#2主變分列運(yùn)行，#1主變帶35kVI段母線獨(dú)立運(yùn)行，經(jīng)#1海底電纜輸出，#2主變帶35kVII段母線獨(dú)立運(yùn)行，經(jīng)#2海底電纜輸出，在設(shè)備正常運(yùn)行情況下，能夠滿足風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量12萬(wàn)kW滿負(fù)荷運(yùn)行。

（2）#1主變、#2主變并列運(yùn)行。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》變電所變壓器并列運(yùn)行條件要求，#1、#2主變具備并列運(yùn)行條件。

2.3.2 電量損失計(jì)算

（1）主變檢修電量損失。由于兩臺(tái)主變和兩回海底電纜技術(shù)參數(shù)一樣，單臺(tái)主變的容量為110MVA，單回海底電纜輸出容量為104MVA，假設(shè)單臺(tái)主變及相應(yīng)的GIS開關(guān)等設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)、檢修時(shí)間為7天，風(fēng)電場(chǎng)全年有10%的有效發(fā)電時(shí)間處于滿發(fā)狀態(tài)，大約876小時(shí)。則由于兩臺(tái)主變檢修導(dǎo)致全年電量損失約53.76萬(wàn)kWh。

（2）海底電纜故障時(shí)電量損失。單回海底電纜輸出容量104MVA，其中一回海底電纜故障，另一回海底電纜正常運(yùn)行，假設(shè)故障海底電纜修復(fù)時(shí)間需要3個(gè)月，風(fēng)電場(chǎng)全年有10%的有效發(fā)電時(shí)間處于滿發(fā)狀態(tài)，大約876小時(shí)。則由于海底電纜故障或受損修復(fù)導(dǎo)致電量損失約350.4萬(wàn)kWh。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上計(jì)算分析，選用兩回海底電纜作為出線，雖然在前期建設(shè)可能經(jīng)濟(jì)投入會(huì)比較多，但考慮設(shè)備的安全穩(wěn)定性，海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境的惡劣情況下，海底電纜發(fā)生故障時(shí)維護(hù)維修時(shí)間及電量損失，選用雙回路海底電纜送出接入大電網(wǎng)是最安全可靠的。

參考文獻(xiàn)

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