蒙古風電場中壓輸電線路設計

歌美颯風電（天津）有限公司 羅斌

0 引言

隨著國家“一帶一路”戰略的實施，我們在海外執行越來越多的工程項目。比如在蒙古國，很多電力工程項目的EPC總包由中國的機電工程公司承擔。本文所提及的是一個叫Tsetsii的風力發電項目，它位于蒙古國南部戈壁省TSOGTTSETSII市，且毗鄰中國邊界。項目的業主是亞洲清潔能源公司（CEA），咨詢顧問公司來自歐洲，EPC總包由中國技術進出口總公司（CNTIC）和歌美颯（天津）風電公司組成聯合體，設計容量50MW，投標階段擬用歌美颯天津工廠生產的G97-2MW風機。

Tsetsii項目位于蒙古高原的半荒漠戈壁區域，冬季氣溫低達-40度，當地電網公司對于電能質量和電能損失都有較高的要求。針對超低溫和當地電網的要求，歌美颯和CNTIC多次研討對產品都采取了超低溫和耐風沙的特殊設計。項目采用直埋XLPE電纜構成35KV中壓集電線路，經風場變電站升壓到110KV輸送到當地電網。整個中壓回路起到了連接發電設備和升壓設備的作用，保證其穩定性和經濟性成為項目的一項關鍵指標。另外，對于中壓集電線路的電能損失也要做良好的規劃，以滿足客戶和本地電網的需求。

本工程中，風場場地基本平整，風機布置程不規則的矩陣排列。初步設計4條集電線路，每條線路帶5～7臺風機。變電站一方面考慮離風機群近，一方面考慮運輸需求離主干道不遠。歌美颯和CNTIC充分溝通，設計出了適合本項目特殊要求并能滿足中壓電氣設備安全運行的中壓集電線路。

1 風場中壓回路基本規劃

在三維坐標圖上25臺風機的機位如圖1所示。

中壓電纜采用電纜溝直埋方式。電纜溝按照IEC標準設計和施工。

圖2為典型電纜溝截面施工示意圖。針對風場區域的低溫凍土特點，所有電纜采用PVC電纜護套管保護，上加蓋混凝土電纜溝蓋。開挖深度約1.1米，回填土約0.7米。

2 中壓回路電纜選型計算

電纜選型首先需要計算所選擇的電纜截面的最大允許額定電流（經驗值要求每回路最大電流不超過630A）。該值是電纜生產商依據以下安裝條件必須清楚實施的因素。

同條件下的線路回數：4（3芯加1接地）；土層溫度：250C (夏天), -300C (冬天)；電纜埋深：0.8m （直埋鋪設）；土壤熱阻值：1.5度-米/瓦。

則根據這些條件確定限定系數如下：

K1回路系數：4回路每溝=0.68；K2∶土層溫度系數=1；K3∶ 電纜埋深系數=0.96；K4∶土壤熱阻系數=0.85。

電纜最大短路耐受電流必須大于安裝中存在的最大短路電流。（設計的限定系數中的最大容許額定電流基于土壤溫度298K=273+25，土壤熱阻值1.5K.M/W）。為了確認目前供應范圍的匹配性EPC承包方必須提供在電網連接點得短路電流值。

圖1 25臺風機的機位

表1 電纜生產廠商所給的截面積選型參數

表2 經過初步電流計算后的電纜選型

表3 反應在年利用小時下的電量損失

對于短路電流，風場110kV側按40kA選擇電氣設備。

中壓集電線路的每個回路的電纜尺寸和長度，依據相關設計因素包括風機、道路、平臺和回路布置，需要參見設計詳圖。

3 中壓回路電損計算

電壓降和電量損失的初步計算基于額定功率因素cosφ=0.95的假設下進行的，每個回路的最大電量損失和該回路最大允許通過電流相關，而該電流一般由電流生產商提供，我們在電纜選型中已經介紹。整個回路的電壓允許從最遠的風機到主變側有5%的最大電壓降。

cosφ=0.95時，依據常規經驗通常整個風電場的電量損失最大為3%（這是重要的設計變量，業主CEA要求內部電網能損為2%可能是不合理的且很難達到的）。

整個中壓回路的電能損計算值概括為1.22%。

而估計電量損失是依據風場的年風速分布頻率（玫瑰圖）來估算，風機數：25臺；單臺額定功率：2.0MW；功率因素：0.95；年可利用小時：3697小時；年滿發電量：25X2X3697X0.95=175,607,500度。

4 結論

綜合而言，選擇XLPE的鋁導體電纜，并在施工中注意低溫保護，一方面滿足了項目的設計可靠性，另一方面相對于銅導體也體現了它的經濟性。同時在整體設計上控制其電量損失在比較小的范圍內，既滿足了用戶的需求，也不會增加太多投資。

［1］影響電纜載流量的內部因素 ．VFE．2015-5-10

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［6］15_0508_BOP_Technical_Description_PE?AS_PRIETAS_94,5_MW_WF_REV.1 Working Paper

圖2 典型電纜溝截面施工示意圖

圖3 電纜截面示意圖