中廣核哈密并網光伏發電站電氣設計

李 靜

（新疆水利水電勘測設計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

0 概述

中廣核哈密并網光伏發電站工程場址位于哈密市東北約21公里，303省道西北側約2公里，距市區較近，交通便利。場址中心位置坐標為北緯 43°02′40.9"， 東經 93°38′54.48"。區域內地勢相對較為平坦。中廣核哈密并網光伏發電站總規劃容量100MWp，計劃分三期開發建設，其中一期工程建設20MWp，二期工程建設30MWp，遠期工程開發50MWp。

中廣核哈密并網光伏發電站一期20MWp項目采用1000kWp光伏發電系統為1個模塊設計，共20個1000kWp光伏系統模塊，分為1～20區。每個光伏單元采用地面固定式陣列安裝1005.8kWp多晶硅太陽能光伏組件，接入2臺500kW光伏并網逆變器，兩臺500kW光伏并網逆變器接入1臺1000kVA雙分裂變壓器，升壓至10kV電壓等級。經10kV電纜線路送至光伏電站110kV升壓站，110kV出線T接于110kV二馬線 （哈密天光電廠-馬場變），T接線路導線采用LGJ-150，線路長度9km。

1 電氣一次設計

1.1 光伏發電場集電系統

每1000kWp光伏組件為一個子系統，逆變器輸出的交流電經升壓變壓器升至10kV；在場內使用10 kV電纜匯流。每兩個單元升壓變壓器合為一條光伏發電場集電線路，經電纜接入光伏電站110kV升壓站的lOkVⅠ段母線。

1.2 光伏電站升壓站主接線方案

根據本期中廣核哈密并網光伏發電站裝機規模、接入系統設計及分期建設時序，確定光伏電站110kV升壓變電站電氣主接線形式。

根據升壓變電站主變臺數的選取原則以及低壓側10kV電氣設備的選擇要求，升壓變電站終期設置三臺雙繞組有載調壓變壓器 （預留擴建位置），一期主變壓器選型為SZ11-20000/110，容量 1×20000kVA。

升壓變電站升高電壓側電壓等級為110kV，終期出線兩回，據此接線采用單母線接線。110kV配電裝置采用戶外六氟化硫斷路器，戶外中式布置。低壓側為光伏電站電源進線，電壓等級10kV，終期接線采用單母線分段接線，一期先上一段母線，電纜饋線10回，主變進線1回，所變出線1回，SVG饋線1回。站用變容量1×400kVA，負荷包括升壓站站區用電及采暖、動力等負荷，站用電采用干式變壓器。根據Q/GDW 617-2011《光伏電站接入電網技術規定》，無功補償選用SVG動態無功補償裝置，調節范圍從感性2Mvar至容性4Mvar連續可調。

1.3 主要電氣設備選擇及布置方案

光伏電站海拔高程在1102m-1127m之間，污穢等級屬Ⅲ級污穢區。因此110kV配電裝置采用戶外布置，10kV配電裝置采用戶內布置方案。

1.3.1 光伏區設備

光伏區設計采用一個1MWp作為一個子單元。在這個子單元里有235MWp的多晶硅光伏板4280快；14路戶外匯流箱14個和兩個10路的戶外匯流箱；光伏板之間串并聯直流電纜約17km；一個逆變器室，逆變器室內布置有一面通信柜、兩面各8路匯流柜、兩套500kW的并網逆變器；與逆變器室同向布置的還有一個1000kVA,10/0.27kV/0.27kV雙分裂升壓箱式變電站及10kV高壓負荷開關，一期20MWp共20個子單元。

1.3.2 110kV配電裝置

110kV斷路器選用LW36-126型六氟化硫斷路器、電動彈簧機構，戶外中式布置。

110kV電流互感器選用LVB-110型油浸式電流互感器。

110kV母線側電壓互感器選用TYD-110/√3-0.02H型電容式電壓互感器；線路側電壓互感器選用TYD-110/√3-0.01H型單相電容式電壓互感器。

110kV隔離開關選用GW4A-110改進型隔離開關，配置電動機構，其中線路側、母線電壓互感器間隔刀閘為雙接地型，其余刀閘為單接地刀。

1.3.3 10kV戶內配電裝置

本工程10kV配電裝置選用KYN28A-12手車式金屬封閉中置式開關柜。斷路器為VH4-EP-12型真空開關、彈簧操動機構，本期工程開關柜共15臺。

1.4 過電壓保護和接地方案

光伏發電工程一般有兩個區域，一個是光伏陣列區域，一個是升壓站區域，這兩個區域必須進行過電壓保護及接地設計。

在光伏發電項目光伏區的設計中沒有設置防直擊雷保護，只是在戶外的匯流箱內設置了防感應雷的保護措施。根據 《電力設備過電壓保護技術規程》在變電所內設置4座30m高的獨立避雷針。為防止由送電線路侵入變電所的大氣過電壓對電氣設備的損壞，在各電壓母線、電纜饋線終端、變壓器高壓側中性點等處裝設氧化鋅避雷器。

升壓站接地裝置按《電力設備接地設計規程》的要求，圍繞建筑物及屋外配電裝置敷設，主接地網由60X6的熱鍍鋅扁鋼和Φ50mm熱鍍鋅鋼管構成的復合接地網，接地電阻≤0.5歐姆。本工程我們將光伏陣列區域和升壓站區域做成了一個接地網。

2 電氣二次設計

光伏電站電氣二次設計包括光伏區電氣二次設計和110kV升壓站電氣二次設計兩部分。

2.1 光伏區電氣二次設計

在光伏區逆變器室內設置數據采集柜、逆變器室監控柜，柜內含測控裝置、規約轉換裝置、以太網交換機和光纖熔接盒等。一期光伏區監控通過單模光纜接入光纖交換機，光纖交換機匯集后通過單模光纜直接接入升壓站監控系統，升壓站有2臺監控主機，沒有單獨設置光伏區監控系統。

2.2 升壓變電站控制、保護、測量和信號

升壓站電氣二次部分包括微機綜合自動化后臺機監控系統、各間隔單元微機保護、繼電保護自動裝置、直流操作電源、計量表計等。

2.2.1 微機綜合自動化系統結構

本升壓站按無人值班、少人值守設計。電氣二次采用微機綜合自動化系統，本工程微機綜合自動化系統采用分層分布式結構。其縱向分兩層：變電站層和間隔層，變電站層采用分布式結構，就地監控和遠動接口相互獨立。間隔層在橫向按變電所一次設備配置。

該系統能保證在無人值班的條件下安全可靠運行,集實時數據采集與監視、就地與遠方控制操作(互為閉鎖)、保護及保護信息采集與監視、中央信號、電能計量、主變有載調壓分接開關就地與遠方調節、10kV無功補償并聯電容器、直流電源系統的就地與遠方調節、事故記錄、管理、打印報表、調度通訊等功能。全站設置微機五防操作閉鎖系統。

2.2.2 微機保護配置要求

a.主變壓器保護

配置有主保護、后備保護及非電量保護：

b.110kV微機線路光纖縱差保護

c.故障錄波自動裝置

d.10kV線路保護e.10kV所用變保護f.10kV電容器保護

2.2.3 直流操作電源系統功能要求

本工程配置高頻開關直流系統一套，配置電池容量200Ah，直流電壓220V，充電模塊按N+1原則配置，另外設10A充電模塊4只，其中3只工作，1只備用，監控模塊1只，絕緣監測模塊1只。直流操作電源成套裝置設置監控模塊，具備通信接口，實現上傳。

2.2.4 安全穩控裝置

電力系統的安全穩定運行，除與一次系統的網架結構，繼電保護的快速、正確動作有關外，還應裝設安全自動裝置，以防止系統穩定破壞或事故擴大，本光伏電站配置一套頻率電壓緊急控制裝置，具備低周、低壓、高周、高壓解列功能，解列點設置在110kV出線開關。

2.2.5 相量測量裝置（PMU）

為了系統安全，按照新疆省調最新要求，本電站配置電力系統相量測量裝置，用于測量發電廠、電站內動態數據，從而實現事故預防。

3 結論

該項目于2011年6月17日核準建設，并于2011年12月27日已正式投產并網發電。從該工程的設計到施工，遇到了不少問題，筆者體會到光伏電站的電氣設計與其它水電、風電場的升壓站不同，應注意的問題主要有以下3點：

a.光伏區防直擊雷問題：由于光伏陣列占地面積較大（一般一個20MWp多晶硅光伏陣列，占地約0.5km2），若采用傳統的避雷針進行防直擊雷保護，在光伏區內需設置近十幾個十幾米高避雷針，這樣在光伏板上會產生陰影，不但使光伏板發電效率降低，同時降低光伏板的使用壽命。目前在光伏發電項目光伏區的設計中沒有設置防直擊雷保護，只是在戶外的匯流箱內設置了防感應雷的保護措施。

b.光伏區匯集線架設方式設計：由于一般項目建設地區政府要求光伏電站既要作為能源教育基地又要作為旅游觀光基地，因此匯集線多采用埋設方式（電纜溝造價高），若按現有的其他規范要求，埋設一般不超過7根，而光伏區有大量的光伏板串并聯直流電纜、匯集電纜、通信電纜等，遠遠超過規定的數量，挖一個溝無法滿足要求。本站采用多條電纜溝敷設。

c.升壓站的保護設置：光伏電站的升壓站除按規程規范的規定設置常規控制保護外，還應考慮設置相量測量裝置（PMU）及安全自動裝置，以滿足光伏電站并網要求。