芻議海上風電場離岸升壓站關(guān)鍵技術(shù)

摘要：為了全面提高海上升壓站的使用性能，海上風電場逐漸朝著擴大規(guī)模、高深度、離岸遠的方向發(fā)展。文章主要闡述了海上風電場特征，分析了海上風電場電氣系統(tǒng)，闡述了海上升壓站結(jié)構(gòu)，最后提出了海上升壓站運行及維護的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：海上風電場;離岸升壓站;關(guān)鍵技術(shù)

節(jié)能減排已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面，海上風電憑借可再生的優(yōu)勢，發(fā)展勢頭日漸迅猛。截至2018年12月份，全球新增海上風電裝機超過1520MW。縱觀世界各國海上風電的發(fā)展，逐漸向高容量、遠距離不斷擴大。大規(guī)模遠距離的海上風電場在運作過程中需要較大的風電機組，還要滿足長距離電能傳輸?shù)幕拘枨蟆Ｓ捎诤Ｉ檄h(huán)境較為惡劣，電氣設(shè)備需要配備專門的防護措施，考慮到海上條件的特殊性，需要借助專門的設(shè)備和工具維護。為了在一定范圍內(nèi)，確保海上風電場能夠進行可靠的并網(wǎng)運作，需要對海上風電場的電氣系統(tǒng)提出針對性的解決要求。我國海上升壓站在建設(shè)過程中，仍然處于初始階段。在2016年12月底，我國已經(jīng)建成了四個海上升壓站。本文主要討論海上風電場離岸升壓站的關(guān)鍵技術(shù)，對海上風電場電氣系統(tǒng)連接進行分析對比，為進一步推動海上風電場離岸升壓站建設(shè)，注入新鮮活力。

一、海上風電場特征

海上風電場，它和區(qū)域地理位置發(fā)電形式有著密切的聯(lián)系，電氣系統(tǒng)在運作過程中，它和傳統(tǒng)電廠是不同的，在進行海上風電場電氣系統(tǒng)規(guī)劃時，要考慮到大規(guī)模海上風電場的特點。首先，它的風電機組數(shù)目較多，由于風電機組單機容量不斷擴大，海上風電場在運作維護中，單機容量都應該集中在2MW至6MW的范圍之內(nèi)。其次，大規(guī)模海上風電場內(nèi)部電氣線路較長，由于受到風機槳葉長度以及風機尖尾流的影響，海上風機間距通常是在500米到1000米的范圍之內(nèi)。在進行近海海上風電場離岸距離探究過程中，一般它都大于十千米，在規(guī)劃設(shè)計過程中，可能有的已經(jīng)超過了三十千米。這時，大規(guī)模海上風電場內(nèi)部在進行敷設(shè)過程中，相應的電纜線路，甚至高達上百公里，最后，海上風電場的可入性較差，在進行海上作業(yè)時可以依靠直升機或者是船，在運作時成本高，而且也會受海上風浪的影響。

二、海上風電場電氣系統(tǒng)

1.交流系統(tǒng)

現(xiàn)階段，海上風電機組在運作過程中使用的都是690V的基端電壓，它能有效的減少內(nèi)部電能傳輸中的損耗，可以在風電機組出口裝設(shè)相應的箱式變壓器升高電壓等級，同時要考慮到設(shè)備成本和傳輸損耗的影響。當海上風電場的容量小于100MW的時候，無需安裝海上升壓站，可以直接通過中壓線路連接陸上變壓站接入電網(wǎng)。如果系統(tǒng)在運作過程中，風電規(guī)模較大、離岸距離也很遠，這時，可以通過使用海上升壓站，實現(xiàn)電壓等級的升高，經(jīng)過高壓輸電線路連接到并網(wǎng)點。

2.交直流混合系統(tǒng)

大規(guī)模的海上風電場并網(wǎng)在運作時，需要考慮到海底電纜電能輸送，還需要考慮到對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。交直流混合系統(tǒng)，主要是使用交流機電系統(tǒng)實現(xiàn)海上風電機組的有機連接，它使用的是高壓直流輸電的模式該系統(tǒng)在運作過程中，如果海上風電場的容量大于100MW，離岸距離超過九十千米，可以使用柔性直流輸電方式;當風電場容量高于350MW時，離岸距離超過一百千米，使用的是傳統(tǒng)的HVDC輸電。

3.直流系統(tǒng)

直流集電系統(tǒng)，在運作過程中是通過風力發(fā)電機組。AC/DC/DC變換器將電壓升高到中壓水平，它能有效的進行海上風電場高壓直流輸電線路的連接，直流系統(tǒng)在運作過程中需要進行并聯(lián)和串聯(lián)，可以使用換流站的方式將中壓逐漸地升至高壓水平[1]。

三、海上升壓站結(jié)構(gòu)

1.電氣設(shè)備布置

通常情況下，在進行海上升壓站結(jié)構(gòu)分析時，它主要包括兩大類，第一類是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，有導管架、架式單樁、自升式等;第二類是平臺結(jié)構(gòu)，主要是鋼結(jié)構(gòu)，主要進行電氣設(shè)備的布置。在進行電氣設(shè)備布置過程中，需要使用三層，第一層是電纜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層;第二層是主變、高壓電抗器、低電阻系統(tǒng)等;第三層是動態(tài)無功補償，直流和通信是在進行三維模塊布置過程中，要準確的找到電氣系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電纜結(jié)構(gòu)所涉及到的問題，進行全方位的優(yōu)化[2]。

2.通風設(shè)備與冷卻系統(tǒng)

海上的大氣環(huán)境一般都是濕度高、鹽分高，為了給升壓站設(shè)備營造良好的工作環(huán)境，在進行設(shè)計過程中要考慮到通風設(shè)備，能夠根據(jù)外界氣候交替，改變通風主通道的溫度和濕度，保證海上升壓站機電設(shè)備穩(wěn)定運作。首先，可以安裝SF6氣體泄漏報警裝置，一旦發(fā)生氣體泄漏，能夠啟動機組排氣;其次，還需要做好主變室應急排風系統(tǒng)的控制工作，當主變室空調(diào)器發(fā)生故障時，應該開啟緊急的排風系統(tǒng)，實現(xiàn)出口電動風閥和機組的鎖連，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行[3]。

3.海上升壓站 SCADA 系統(tǒng)和通信系統(tǒng)

當前，在進行海上升壓站SCADA系統(tǒng)設(shè)計過程中，它主要包括兩個獨立的子系統(tǒng)，一個子系統(tǒng)能夠?qū)ι龎赫镜倪\行情況進行監(jiān)控，另一個子系統(tǒng)它能實現(xiàn)風電場的全面監(jiān)管。該系統(tǒng)在使用過程中，能夠?qū)Σ煌脑O(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)管，無論是數(shù)字信號、模擬信號，還是總線的傳輸信號都能進行實時的管控，還能夠有效地接收存儲海上升壓站的監(jiān)控信息。在進行海上升壓站管控過程中，避免受到漫反射而產(chǎn)生的信號干擾，確保海上通信的可靠性[4]。

4.平臺救生裝置、逃生通道

海上升壓站在設(shè)計過程中都是遵循著無人值守的原則，只允許少量的檢修人員進行作業(yè)。因此，在平臺上應該配備足夠的救生設(shè)備，例如：救生衣、救生圈等等。在逃生通道設(shè)計時，需要做好危險點的識別、評估工作，要考慮到在逃生過程存在的各種擁堵，確保逃生通道的可靠性。在進行逃生路線指示燈設(shè)計時，除了必要的生活區(qū)，還需要在甲板上安裝逃生路線。逃生集合點在設(shè)置過程中應該有組織有安排，考慮疏散的人數(shù)，能夠在最大范圍內(nèi)警告和引導人員逃生。在主要逃生集合點配備無線電發(fā)報裝置、廣播裝置，能夠在緊急時候啟動應急裝置。

四、海上升壓站運行及維護

海上升壓站在正常投運后，要定期進行設(shè)備巡視，可以通過運維船運送作業(yè)人員。除此之外，海上升壓站還應該安裝消防系統(tǒng)，進行火災預測和報警，做好海上升壓站消防工作[5]。

五、結(jié)論

綜上所述，在進行海上風電場離案升壓站關(guān)鍵技術(shù)探究過程中，要做好設(shè)計、制作、運輸維護等一系列的管控工作，避免任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題。可以借鑒先進的經(jīng)驗，結(jié)合具體的施工能力，做好關(guān)鍵技術(shù)的探究，為海上升壓站穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]王丙勇.海上風電場離岸升壓站關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)裝備，2019，（15）：78-79.

[2]高宏飆，劉碧燕，羅雯雯.海上風電場離岸升壓站關(guān)鍵技術(shù)研究[J].風能，2019，（3）：60-64.

[3]伍紹博，尹海卿，張開華， 等.日本漂浮式風電技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向[J].中國港灣建設(shè)，2017，37（6）：108-114.

[4]朱蒙.海上風電工程升壓站消防系統(tǒng)及其優(yōu)化分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018，（34）：2538.

[5]畢遠濤，鄧偉.國電投濱海北H2海上升壓站安裝工程技術(shù)總結(jié)[J].風能，2017，（12）：58-61.

作者簡介：金鳳學（1989-），男，黑龍江勃利人，工程師，研究方向：海上風電電氣管理