李童

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

近年來作為可再生能源的風(fēng)能以其清潔的優(yōu)勢(shì)得到了國(guó)內(nèi)外的高度重視。近海的風(fēng)力資源不占用陸地面積，風(fēng)力持續(xù)穩(wěn)定，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。海上風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量在不斷增大，數(shù)量在不斷增多，保證電能輸送的可靠性已成為關(guān)鍵，其中海上升壓站是電能輸送的核心。目前我國(guó)風(fēng)電應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，很多技術(shù)細(xì)節(jié)需進(jìn)一步完善。

本文以實(shí)際項(xiàng)目為例介紹近海升壓站的概況，分析了防雷接地、照明系統(tǒng)、電纜敷設(shè)、防火封堵及電氣節(jié)能設(shè)計(jì)等方面的問題，可為升壓站的研究提供理論支撐，具有一定學(xué)術(shù)意義[1]。

1 升壓站簡(jiǎn)介

1.1 海上升壓站概況

現(xiàn)以華東某升壓站項(xiàng)目為例作電力系統(tǒng)介紹。此項(xiàng)目的風(fēng)電場(chǎng)離岸距離約10km，沿海岸線方向長(zhǎng)約14km，垂直于海岸線方向?qū)捈s3km，場(chǎng)區(qū)面積35km2，場(chǎng)區(qū)水深8～12m。風(fēng)電場(chǎng)配套建設(shè)的220kV海上升壓站位置水深8.1m，升壓站距登陸點(diǎn)的直線距離12km。

220kV 海上升壓站主體平面尺寸為30.3m×31.5m，高27m，為一整體式鋼平臺(tái)，上部組塊總重約2050t。

一層平臺(tái)最大平面尺寸為23m×28m，層高為6m，平臺(tái)面高程為11m。底部高層位于極端高潮位下最大波高時(shí)波峰以上，靠近甲板邊緣處布置有救生設(shè)備，主變下布置事故油池，同時(shí)也作為電纜層使用。

二層平臺(tái)最大平面尺寸為30.3m×31.5m，層高為5.5m，平臺(tái)面高程為17m。二層北側(cè)布置主變室，主變室南側(cè)布置GIS室、40.5kV開關(guān)柜室，主變室東西側(cè)布置樓梯間。

三層平臺(tái)最大平面尺寸為24.8m×31.5m，層高為4.5m，平臺(tái)面高程為22.5m。三層中間為主變室和GIS室上部挑空，另側(cè)布置繼電保護(hù)室、低壓配電室。

四層平臺(tái)最大平面尺寸為23m×31.5m，層高為4.5m，平臺(tái)面高程為27m。四層北側(cè)為主變室屋頂，主變室屋頂設(shè)置主變檢修孔，南側(cè)布置柴油機(jī)房、暖通房間、給排水房間、蓄電池室、應(yīng)急配電室、避難室等。

圖1 220kV海上升壓站

1.2 海上升壓站場(chǎng)用電接線及主要設(shè)備

該工程海上升壓站0.4kV配電裝置共設(shè)三段母線，1#場(chǎng)變兼接地變連接I段母線，2#場(chǎng)變兼接地變連接Ⅱ段母線，柴油發(fā)電機(jī)連接Ⅲ段母線（應(yīng)急母線），Ⅲ段母線采用環(huán)形接線方式。正常工作時(shí)，1#場(chǎng)變兼接地變供電Ⅰ段母線，2#場(chǎng)變兼接地變供電Ⅱ段、Ⅲ段母線；當(dāng)某一場(chǎng)變兼接地變供電回路故障時(shí)，則合上母聯(lián)開關(guān)，由另一電源回路供電；如兩個(gè)供電回路均故障時(shí)，則啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組并斷開Ⅰ、Ⅱ段母線，僅由Ⅲ段母線對(duì)重要負(fù)荷供電。

海上升壓站內(nèi)通信電源、遠(yuǎn)動(dòng)電源、監(jiān)控電源、事故照明及事故通風(fēng)、消防火災(zāi)系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備等為一級(jí)負(fù)荷，設(shè)備操作電源為二級(jí)負(fù)荷，其他均為三級(jí)負(fù)荷。所有一、二級(jí)負(fù)荷有兩回路供電。

主要電氣系統(tǒng)設(shè)備如下：

（1）主變壓器

主變采用220kV、120MVA、三相、雙繞組、自然油循環(huán)自冷卻型、油浸式、低損耗、有載調(diào)壓升壓式電力變壓器，本體戶內(nèi)布置，散熱器戶外布置。

（2）六氟化硫組合電器GIS

220kVGIS設(shè)備型號(hào)：252kV3150A50kA；35kVGIS設(shè)備型號(hào)：40.5kV1250A31.5kA。

（3）35kV配電裝置

35kV配電裝置采用SF6絕緣金屬成套開關(guān)柜，采用真空斷路器，戶內(nèi)單列布置。

2 升壓站防雷接地設(shè)計(jì)

2.1 直擊雷及侵入雷保護(hù)

海上升壓站內(nèi)需要進(jìn)行直擊雷保護(hù)的設(shè)備有：頂部平臺(tái)甲板、VAST天線、氣象站、VHF天線、空調(diào)室外機(jī)、變壓器戶外散熱器。根據(jù)設(shè)備布置及吊車上避雷針位置，設(shè)1根針式接閃器，其與吊車避雷針形成聯(lián)合保護(hù)，主要保護(hù)VAST天線、氣象站、VHF天線、空調(diào)室外機(jī)。頂部平臺(tái)甲板和變壓器戶外散熱器通過針式接閃器、避雷針、保護(hù)圍欄聯(lián)合保護(hù)。直擊雷保護(hù)范圍采用滾球法方式計(jì)算。

在252kVGIS進(jìn)線及出線處，35kV充氣柜進(jìn)線及母線處均設(shè)有避雷器，以避免雷電波侵入。400V低壓配電系統(tǒng)裝設(shè)防浪涌保護(hù)器。低壓配電屏設(shè)置Ⅰ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器。

2.2 接地網(wǎng)布置方式

2.2.1 接地裝置設(shè)置總體原則

接地裝置以4根基礎(chǔ)大鋼管樁作為自然接地體，平臺(tái)內(nèi)所有接地裝置最終均連接至鋼管樁上。整體鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)應(yīng)焊接成整體，形成完好的電氣通路。

海上升壓站內(nèi)各層設(shè)置接地網(wǎng)，主接地網(wǎng)沿房間墻壁明敷布置，支線接地網(wǎng)沿地面明敷布置。不同層之間通過結(jié)構(gòu)鋼立柱形成電氣聯(lián)系，至少保證主網(wǎng)和2根不同立柱可靠連接。

所有電氣設(shè)備均應(yīng)進(jìn)行接地，電氣設(shè)備每個(gè)接地部分應(yīng)以單獨(dú)的接地線與接地干線相連。法蘭片間采用跨接線連接，保證良好的電氣通路。

2.2.2 接地材料

海上升壓站主接地體采用50×4銅排，分支接地體采用25×4銅排。

根據(jù)接入系統(tǒng)報(bào)告及短路電流計(jì)算，220kV側(cè)短路電流為15.44kA，35kV側(cè)短路電流為16.1kA。按照繼電保護(hù)220kV后備保護(hù)時(shí)間1.2s，35kV后備保護(hù)時(shí)間0.9s考慮，經(jīng)熱穩(wěn)定計(jì)算，220kV側(cè)引下線銅排截面不小于106mm2，35kV側(cè)引下線銅排截面不小于95mm2，主接地體銅排截面不小于80mm2。

通過基礎(chǔ)鋼管樁進(jìn)行連接，單根鋼管樁為Ф2000，壁厚40mm，截面積為251.2mm2。經(jīng)熱穩(wěn)定計(jì)算，主接地體鋼材截面不小于182mm2。

為加強(qiáng)主設(shè)備接地，主接地體以及主變室，GIS室內(nèi)支線接地體采用50×4銅排，其余支線接地體采用25×4銅排。

2.2.3 接地布置方案

主接地體與鋼管樁或結(jié)構(gòu)鋼立柱連接處設(shè)置接地符號(hào)且可視。

沿房間墻壁敷設(shè)角鋼支撐，角鋼上打孔，主接地體通過銅螺栓與角鋼連接，主接地體離墻距離約50mm，中心離地面距離約220mm。角鋼間距約1.5m，轉(zhuǎn)角、過門、過柱處可適當(dāng)加密，約0.3～0.5m。主接地體銅排之間采用放熱焊接連接。

支線接地體與主接地體采用銅螺栓連接。支線接地體引下后在敷料層上引至設(shè)備引上點(diǎn)。引上設(shè)備長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)備不同而專項(xiàng)設(shè)置。

一層設(shè)海纜接地箱，其接地端均應(yīng)采用電纜引至主接地體接地，采用銅鼻子連接[2]。

3 升壓站照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）照明種類分為正常工作照明和應(yīng)急照明，且應(yīng)急照明也作為正常照明使用。正常工作照明由Ⅰ段母線供電；應(yīng)急照明分別由Ⅲ段母線和UPS進(jìn)行供電，正常時(shí)由Ⅲ段母線供電，事故時(shí)可通過切換裝置調(diào)整到UPS供電。

（2）照明配電箱為明裝，箱體底部距地0.8m；照明開關(guān)底邊距地1.3m；插座底邊距地0.3m；疏散指示燈底邊距地0.3m；出口指示燈底邊距門0.1m；照明開關(guān)的安裝位置靠近門邊；應(yīng)急燈應(yīng)單獨(dú)采用一個(gè)回路，接應(yīng)急燈的線路在應(yīng)急燈前不經(jīng)過開關(guān)；照明燈具的安裝高度滿足電氣安全距離。

（3）照明配電箱、照明燈具、接線盒、開關(guān)及插座的金屬外殼、鎮(zhèn)流器、金屬保護(hù)管等外殼均接地，PE線完好導(dǎo)通，PE線在各分電箱處接地。

（4）所有燈具選用船用燈具，有爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的燈具采用防爆型。戶外通道等場(chǎng)所的燈具為吊裝、壁裝、吸頂或高壓鈉燈、熒光燈柱裝，較大的敞開區(qū)域如甲板層采用泛光燈。室內(nèi)照明采用投光燈或熒光燈，采用吸頂安裝、吊裝或壁裝方式。

（5）逃生通道內(nèi)的應(yīng)急照明燈具及疏散指示燈均自帶蓄電池，蓄電池容量滿足120min照明時(shí)間。

（6）每個(gè)房間和重要通道內(nèi)均設(shè)置長(zhǎng)明燈，以便遠(yuǎn)方監(jiān)控。照明燈具照射方向根據(jù)攝像頭位置確定，保證遠(yuǎn)方監(jiān)控設(shè)備能清晰地看到設(shè)備相關(guān)部位。

（7）戶外燈具防護(hù)等級(jí)選擇IP65，甲板上燈具的防護(hù)等級(jí)選擇IP56，疏散指示燈選擇IP66型，戶內(nèi)燈具防護(hù)等級(jí)選擇IP43型，燈具安全等級(jí)為二類。

（8）柴油發(fā)電機(jī)室和蓄電池室內(nèi)燈具采用防爆型，開關(guān)裝于門外側(cè)，以免發(fā)生火災(zāi)或爆炸。

（9）插座僅在繼保室和避難所內(nèi)安裝，由于其回路易發(fā)生觸漏電事故，故加裝高靈敏度、快速動(dòng)作型的電子式漏電保護(hù)器[3]。

4 升壓站電纜敷設(shè)及防火封堵設(shè)計(jì)

4.1 電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

（1）電纜在任何敷設(shè)方式及其全部路徑條件的上下左右改變部位，都應(yīng)滿足電纜允許彎曲半徑要求。

（2）電纜一般不允許設(shè)置中間接頭。屏蔽電纜和鎧裝電纜的屏蔽層，應(yīng)可靠接地。

（3）各種不同用途的電纜，用不同形狀的標(biāo)志牌表示，掛在電纜兩端，豎井兩端及電纜轉(zhuǎn)彎處；動(dòng)力電纜和通訊電纜各自歸類，分開敷設(shè)，減少干擾。

（4）所有外部或不通風(fēng)區(qū)域的電纜敷設(shè)使用不銹鋼扎帶。當(dāng)切斷電纜時(shí)，在斷開處的端頭應(yīng)為一個(gè)不尖銳的斷口。

（5）當(dāng)電纜交叉不可避免時(shí)，單根電纜相互之間或數(shù)根電纜之間的交叉應(yīng)在單根電纜的始端或終端進(jìn)行，即在配電裝置間隔下部、控制屏、保護(hù)屏的下部及各設(shè)備的引出線處進(jìn)行交叉；成排交叉宜在豎井上部進(jìn)行。

（6）為減小電纜交叉，將路徑最遠(yuǎn)的電纜敷設(shè)在下面托架上，路徑近的敷設(shè)在上面托架，屏間聯(lián)絡(luò)電纜敷設(shè)在頂層。

（7）單芯電纜的敷設(shè)不單獨(dú)穿過由磁性材料包圍的通道，宜采用磁性材料或進(jìn)行磁路分隔。

（8）選擇電纜走向，避免濕度大和有滴水的地方。電纜遠(yuǎn)離熱源并保護(hù)其避免受到機(jī)械損傷。

4.2 防火封堵設(shè)計(jì)

（1）海上升壓站所有甲板開孔、主變室至三層走廊的開孔、四層走廊至戶外的開孔都進(jìn)行防火封堵，防火封堵材料采用防火防水封堵材料。其他墻板上開孔采用防火套管型電纜密封膨脹堵料進(jìn)行封堵。

（2）海上升壓站接地中穿墻處采用電纜密封膨脹堵料進(jìn)行封堵。

（3）海上升壓站盤柜中不帶鐵蓋板的盤柜及下方的樓板孔洞，用上下兩層防火隔板，阻火包、有機(jī)堵料組合封堵，樓板下防火隔板用M8膨脹螺栓固定。

（4）電纜進(jìn)入配電箱、燈具、開關(guān)等設(shè)備需采用電纜填料函，并采取電纜防火措施。

（5）敷設(shè)在電纜梯架、橋架或槽盒上的電纜每隔60m處，進(jìn)行防火分隔處理，阻火段用2m長(zhǎng)的防火槽盒設(shè)置，槽盒兩端頭用阻火包和有機(jī)堵料進(jìn)行封堵，封堵厚度320mm。

（6）對(duì)于220kV電纜和35kV電纜安裝開孔應(yīng)在電纜終端完成連接后進(jìn)行封堵。對(duì)需在海上升壓站就位后進(jìn)行封堵的開孔，應(yīng)在運(yùn)輸前包裹密封，以防潮濕空氣進(jìn)入室內(nèi)。

5 升壓站電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

此項(xiàng)目的主要能耗為電力，因此，降低產(chǎn)品的綜合能耗需要在電氣工程設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備選型方面采取有效的節(jié)能措施。電氣節(jié)能措施主要有以下特點(diǎn)：

（1）選用兩級(jí)升壓方式，即風(fēng)電機(jī)出口0.69kV升壓至35kV，升壓站內(nèi)35kV升壓至220kV。該方案能快速升壓，減少升壓環(huán)節(jié)，減少損耗。本工程規(guī)劃總裝機(jī)容量為202MW，主變壓器選擇兩臺(tái)120MVA，考慮當(dāng)一臺(tái)主變或相應(yīng)間隔的高低壓配電裝置故障或檢修時(shí)，另外1臺(tái)主變?nèi)钥奢斔惋L(fēng)場(chǎng)所發(fā)的大部分電力，可以減少棄風(fēng)。220kV配電裝置采用的是單母線接線，35kV配電裝置采用的是單母線分段接線，可靠性較高，采用的接線方式均屬于簡(jiǎn)單的接線方式，能有效地減少占地面積、減少相關(guān)設(shè)備，以達(dá)到減少損耗的目的。

（2）主要電氣設(shè)備均選用低損耗設(shè)備，耗能參數(shù)選擇合理。

（a）主變壓器

主變壓器采用SZ11型油變，對(duì)照常規(guī)變壓器，屬于低損耗產(chǎn)品。

（b）場(chǎng)變兼接地變器

場(chǎng)變兼接地變器采用S10型干變，能效等級(jí)為1級(jí)，屬于低損耗產(chǎn)品。

（3）配電系統(tǒng)節(jié)能措施

（a）根據(jù)用電性質(zhì)、用電容量，選擇合理供電電壓和供電方式。

（b）選用節(jié)能型配電變壓器，以減少變壓器的損耗。

（c）各輔助系統(tǒng)采用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)效率，采用變頻裝置，節(jié)省電能。

（d）在滿足照明質(zhì)量的前提下，一般房間優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈及緊湊型熒光燈。根據(jù)照明使用場(chǎng)所采取分區(qū)控制燈光。

（e）優(yōu)化用電設(shè)備的工作狀態(tài)，合理分配與平衡負(fù)荷，使用電均衡化，提高項(xiàng)目負(fù)荷率。

（4）升壓站采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，最大限度地優(yōu)化了電氣路線，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果[4]。

6 結(jié)語

風(fēng)能不污染環(huán)境，屬于新型清潔能源，應(yīng)加快發(fā)展。江蘇近海風(fēng)電項(xiàng)目已具備了一定規(guī)模，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。但我國(guó)近海升壓站的設(shè)計(jì)水平還處于初級(jí)階段，有較大提升空間。應(yīng)在不同工況，不同的潮汐、洋流、氣象等自然條件下有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。本文可為近海升壓站的設(shè)計(jì)工作提供一定的借鑒意義。

◆參考文獻(xiàn)

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