35kV分布式光伏發電配套輸變電工程設計方案研究

楊超

（中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司）

0 引言

光伏發電是基于半導體器件的“光生伏特”效應，實現光能到電能的轉換，再將電能提供給供電區域內的用戶，對于緩解環保壓力，促進區域經濟發展具有一定的推動作用，經濟價值和社會價值都較高[1-2]。存在光伏電站發出的電能超過供電區域的負荷需求，就需要將多余的電能送入電網，配給到供電不足的區域，因此就必須要根據電網的實際負荷即潮流分布情況綜合考慮，對光伏電站的輸變電配套工程展開深入研究[3-4]。

1 光伏發電原理

光伏電池的實質就是半導體器件PN 結，當太陽光照射到PN 結上的時候，太陽能被PN 結吸收，太陽能就是通過PN 實現到電能的轉換，這一轉換過程被稱之為“光生伏特效應”[5]。

半導體PN 結中的電子-空穴對是由太陽能所激發的。基于PN 結當中電子-空穴對的相對運動形成了電勢差，電動勢便在PN 結中形成了，由于電動勢要遠遠大于PN 結固有的壁壘電場，從而PN 結中的P 區會由于空穴的積累呈現正極性，N 區由于電子的積累呈現負極性，從而PN 結的P 區與N 區之間形成了“光生伏特效應”[6-7]。

光伏電池的對外輸出特性可以等效為一個恒流源和一個正向并聯二極管的組合電路。如下圖所示。

圖 光伏電池等效模型

其輸出特性方程如式（1）所示：

式中，Isc為光伏電池內部的光生電流；IVD為二極管反向飽和電流；IL為光伏電池的輸出電流；UL為光伏電池的輸出電壓；Rs為光伏電池內部的等效串聯電阻（通常不會大于1Ω）；Rsh為光伏電池內部的等效旁路電阻（通常阻值大于1kΩ）[8]。

Rs阻值較小，Rsh阻值較大，理想化的光伏電池模型將這兩個電阻都忽略掉。在實際應用中為了提高輸出電壓和輸出電流，會將多個光伏電池根據一定的規則進行串并聯組合，以陣列組的形式存在[9-10]，光伏電池陣列組的輸出特性方程如式（2）所示：

2 項目概況

某35MW 光伏發電項目位于某省某市經濟開發區，項目占用面積約為40 萬m2，最終裝機容量達到35 MW[11]。項目完全建成后，所能夠產生的電能全部供給本地電網內部負荷。該項目利用完全不存在污染的太陽能進行發電，發出的電能完全能夠滿足本地負荷需求，對于地區環保壓力的緩解具有促進作用，并且區域經濟進步也有助力作用，能夠實現良好的社會效益和經濟效益。該項目計劃分為分成兩階段進行，第一階段（18MW）光伏發電站和第二階段（17MW）光伏發電站[12]。

1）該變電站終期建設2 臺容量50MVA 三卷式變壓器和1 臺50MVA 的兩卷式變壓器，已完成其中兩臺50MVA 容量等級的變壓器建設。110kV 電壓等級線路采用了GIS 布置方式，最終實現6 回出線，目前已實現2 回出線；35kV 電壓等級線路長期計劃采用單母線兩分段接線方式，最終實現8 回出線，當前已實現2 回出線；10kV 電壓等級線路長期計劃采用單母線三分段接線方式，最終實現32 回出線，目前已實現14 回出線。

2）輸電部分全部采用電纜敷設接入方式長度約1km，電纜型號為YJV22-26 / 35 kV-1×630mm2；變電部分是基于原有變電站內35kV 配電裝置擴展而來的35kV 出線柜。

3 系統接入方案

3.1 一次接入方案

光伏電站以35kV 的電壓等級接入到電力系統，實施方案為：首先對光伏電站的輸出電壓進行升壓，新建1 回35kV 電壓等級的線路并通過變壓器接入到110kV 線路，線路長度約為大約1km，線路導線采用銅芯電纜，導線截面積約為630mm2。

3.2 二次接入方案

光伏電站至變電站35kV 電壓等級線路必須配置微機保護設備。新建光伏電站與變電站一般采用24芯光纜進行通信。光伏電站的運行數據需要接入到調度數據網，分別送往不同級別的電力調度控制中心，并且運行數據的種類和數量需要達到電力調度的基本需求。

4 線路設計方案

4.1 輸電線路部分

本設計方案的主要技術指標如下表所示。

表 主要技術特性指標

（1）電纜型號

根據實際運用要求，該項目新建的輸電線路采用單芯電纜，運用的輸電線路電壓等級為35kV，電纜截面積為630mm2，電纜型號為YJV22- 26 /35 kV-1×630mm2。

（2）電纜配套附件

電纜的配套附件主要涵蓋了變電站內部的避雷器，電纜線路轉接所需的電纜轉接頭，電纜線路兩端的終端接頭，中間交叉互聯箱，電纜線路兩端的直接接地箱和保護接地箱，以及與之相配套的同軸電纜和接地電纜。

（3）電纜的保護套接地方式

該工程的電纜金屬保護套采用了交叉互聯的接地方式。

（4）電纜的鋪設方式

該工程在采用了電纜地溝、電纜埋管、電纜托管過河相結合的方式，根據施工現場的實際情況以及施工規范的具體要求，電纜之間的距離、電纜與管道、電纜與建筑物之間的距離必須滿足相關標準的要求。

（5）電纜防火要求

根據相關標準、規范、規程，再結合施工現場的實際情況，對該工程的電纜線路提出了防火阻燃要求：①新架設電纜線路，在電纜之間交接位置，電纜裸露部分，電纜表面需要涂刷滿足安全防護要求的耐火涂料或纏繞其他阻燃物件進行防火預處理；②電纜接頭位置并兩側延展2m 長度，并且相鄰電纜線路都必須進行阻燃處理；③耐火涂料和其他材料必須為滿足安全防護要求的不燃或阻燃材料。

（6）對通信線路的保護

根據相關的標準的具體要求，需要對電纜線路走行路徑附近一定范圍內的通信電纜線路進行運行狀態分析：①對于與本電纜線路相鄰近的埋地、架空通信電纜，其干擾和安全影響忽略不計，不予考慮，對于距離電纜線路路徑100m 開外的移動通信基站，其干擾和安全影響忽略不計，不予考慮；②當電纜線路發生單相接地故障或相間短路故障時，如果臨近的一級、二級通信電纜線路感應產生的電動勢的值在標準規定的范圍內，則不需要采取額外的防護措施。

4.2 變電線路部分

（1）電氣一次側主接線

主變壓器最終需要配置為2×50MVA+1×50MVA，已完成2×50MVA（分別為1#號和2#號主變壓器），采用了三相三繞組有載變壓，電壓等級均可調，電壓等級為110kV、35kV、10kV，其中在35kV 電壓等級一側的一條母線上新增1 回出線。

（2）電氣設備平面布置

110kV 電壓等級的配電設備采用GIS 布置方式；35kV 電壓等級的配電設備采用戶內開關柜雙層排列布置，在35kV 電壓等級的母線側增加一個出線柜連接到光伏發電站；10kV 配電設備采用戶內開關柜單層排列布置。

（3）電氣設備選型

擴建的35kV 開關柜采用了手車式戶內開關柜，開關柜內的設備主要包括了斷路器、接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器等。

（4）防雷裝置與接地裝置

該變電站已配置有避雷針，能夠有效實現對直擊雷的防護，多個避雷針的相互間隔距離以及針尖高度都能夠滿足相應的防護要求，采用多個避雷針進行多層次配置能夠實現對直擊雷的高效防護。變電站采用縱向接地和橫向接地結合的方式構建接地網，配電設備的柜體外殼，通過接地線連接到組合式接地網實現接地保護。變電站新增加的配電設備的柜體同樣需要與組合式接地網可靠連接。

5 結束語

本文所研究的35kV 分布式光伏電站主要基于廠房屋頂進行光伏電站的建設，給出了具體的分布式光伏電站配套輸變電工程的設計方案，預計該工程完成后，能夠對廠區提供清潔、高效的能源，既具有經濟性又具有環保性，不僅能夠將發出的電能用于區域內負荷，還能夠將多余的電能輸送到電網上。