高海拔山區風電工程電氣施工管理經驗探討

段 杰

(大唐廣元風電開發有限公司，四川 成都 610000)

迅速發展的高海拔山區風電已趨成熟，施工進度、質量要求等不斷升高，在加快工程建設進度的前提下，充分提高施工質量、工藝標準，才能提升設備一次投產成功率。

1 風電項目

1)風力發電原理是利用風能轉化的機械能帶動葉輪旋轉，通過發電機形成電磁切割產生電能。高海拔山區風電工程項目主要由土建工程、發電機組及塔架安裝工程、線路工程和升壓站等組成。

2)風電場主要設備有風力發電機組、塔架、線路、箱式變電所、主變壓器、無功補償裝置、接地變壓器、站用變、GIS、開關柜、綜合自動化、直流系統、通信系統、調度自動化等。

2 高海拔風電施工特殊性及難點

高海拔風電電氣安裝工程首先要考慮氣候、環境對設備物資管理、重要設備安裝的影響。高原地區面臨著氣候變化快，尤其是雨季施工，高山地區隨時面臨著突然降雨、降霧等惡劣天氣，對主變壓器、GIS等設備安裝及試驗影響較大。設備物資到貨后應規范管理，采取必要的防雨、防塵，盡量保障設備在干燥的環境下保存，避免設備發生損壞，或安裝后試驗不合格，影響現場電氣施工工作正常開展。主變壓器、GIS設備安裝前應采取防雨霧、防塵措施，室外安裝的設備，必要時可以采取臨時搭設雨棚、棚內加熱除濕的方式進行。風電項目由于工期相對較短，電氣施工作為系統性工程，必須嚴格按照《電氣裝置安裝工程質量檢驗及評定規程》開展，確保設備安裝合格率100%，帶電投產成功率100%。

3 風電發展現狀

當前，全球風電技術發展日新月異，新一代數字信息技術、新材料技術的應用，引起新的風電行業，乃至新能源領域產業變革。智慧風電場、智慧電網、智能變電站等已由設想逐步變為現實。風電產業日益成熟，建設進度得到較大提升，成本也逐步降低。隨著風電機組的單機容量逐步加大，由此衍生的葉輪直徑、機組和葉片重量、塔架高度也將隨之增加，巨大的葉片對變槳系統的驅動裝置提出了更高的要求，作用在塔架上的重力載荷和氣動載荷的交變性和時變性更加顯著。鑒于風電機組的極限載荷和疲勞載荷是影響風電機組及部件可靠性和壽命的主要因素，積極研究風電機組的最優運行和控制規律，通過采用智能化控制技術，與整機設計技術結合，努力減小疲勞何在，避免風電機組運行在極限負荷[1]，是近年主要研究方向。如何進一步提升風電發電效率、降低發電成本、提高機組可靠性，仍然是風力發電技術發展面臨的巨大挑戰。同時，數字電網、虛擬電廠和儲能技術是比較熱門的領域，也將成為未來新能源行業研究攻堅的方向。

4 電氣一次安裝工程

1)主變壓器選型應充分考慮設備安裝高程，取得制造商短路承受能力計算報告并通過復核，派駐專業設備監理工程師駐廠監造，對重點工藝、設備材質、出廠試驗進行全程質量監督。主變壓器出廠運輸至升壓站現場時，遵循電力大件交付驗收程序，檢查變壓器氮氣壓力表數值，現場讀取三維沖撞記錄儀。變壓器低壓側至配電裝置不應采用三相統包電纜，采用絕緣管母線連接的，支柱絕緣子不應直接固定在散熱器上，母線支撐及固定卡環應保證連接可靠，采取必要的減震措施，防止因設備運行中震動造成管母線絕緣層損壞，發生絕緣擊穿現象。主變壓器中性點放點間隙設計距離應考慮設備安裝海拔，安裝后按設計圖紙對距離進行測量復核，中性點避雷器放電計數器應進行直接接地。變壓器事故放油閥應安裝在變壓器下部，放油口需朝下，在設計聯絡時應向設備廠家提出明確要求，放油口彎頭使用的封板，應采用脆性材料，便于設備火災時操作人員及時、方便進行排油處理。主變壓器的端子箱內應設置電氣接地銅排和等電位銅排，等電位銅排應固定于支柱絕緣子上。

2)無功補償裝置串聯電抗器接地線不應構成閉合回路，電抗器基礎內部不得有閉合的鐵磁線圈或鋼筋。采用金屬材質圍欄時，應設置明顯隔離斷開段，可用樹脂絕緣板作為隔斷。直掛水冷式無功補償設備，投產前應逐個檢查水冷管緊固螺栓，防止螺栓松動漏水，造成帶電后發生設備損壞事故。采用集裝箱式無功補償裝置設備，應充分考慮箱體內通風散熱，獨立的消防、視頻監控接入站內主機控制系統。擴建工程的無功補償裝置能夠通過主/從、互鎖等邏輯控制及算法實現兩臺或多臺設備的可靠并列運行；并且能夠與風電場AVC裝置/調度系統、升壓站計算機監控系統等可靠聯網，以滿足當地電網和升壓站對無功功率聯調控制的要求。

3)GIS設備安裝必須按規范進行，環境、天氣不滿足的情況下不能進行設備開箱安裝。設備安裝前應對基礎槽鋼進行水平度測量，偏差符合設計要求。按設備布置圖，畫出基礎中心線，作為設備安裝就位依據。擴建工程項目，應充分考慮與前期設備對接問題，測量接口絕對坐標和相對坐標，誤差控制在設備安裝允許偏差內。設備抽真空應采用出口帶有電磁閥的真空處理設備，嚴禁使用帶水銀的麥氏真空計檢測設備壓力。在進行分合閘動作試驗時，檢查操作箱內部配線與傳動機構距離，防止機構動作時，壓斷、損傷內部二次電纜，造成直流系統接地故障。GIS伸縮節處跨接接地銅排應采用柔性跨接方式，設備上有電纜槽盒的，每段均需要采用多股銅芯線進行跨接。

4)金屬封閉式開關柜基礎槽鋼水平度應控制在2 mm以內，高原型充氣式開關柜設備出廠運輸至現場安裝后進行充氣至額定壓力，運輸過程中應注入運輸氣體，設備耐壓試驗前，檢查SF6氣體在額定壓力。開關室布置接地變、站用變時，不應緊靠開關柜。開關柜連接螺栓應全部安裝并緊固到位，防止設備運行中產生異常震動，造成連接絕緣管母線產生共振。開關室應設置可靠的通風裝置，并安裝SF6氣體泄漏環境監控報警系統，具備檢測空氣中SF6、氧氣含量和溫濕度等，當SF6氣體含量超標或缺氧時，自動啟動風機排風功能，能定時和強制排風等。

5)35 kV直埋電纜施工應做好防護，不應使用碎石塊回填覆蓋，通常采用鋪沙蓋磚方式覆蓋后進行回填，跨路部分應進行保護。敷設在電纜溝上的電纜，應按電壓等級、用途進行分層敷設，按規范和設計設置防火隔離段，刷防火涂料。余纜較長時，敷設可采用“S”形布置，不應成環形布置，防止運行中電纜異常發熱。敷設馳度按電纜全長預留2.5%計算，電纜終端頭、中間接頭盒、進出線等檢修裕量按1.5 m計算。統包型電纜金屬屏蔽層、金屬護層應兩端直接接地。安裝電纜中間接頭的接頭井，應有良好的排水功能，電纜安裝在井內支架上。

6)箱變安裝后需按規范開展交接試驗，設備調試前需根據線路參數、出廠技術參數和保護配置情況，進行保護整定計算，并按定值進行調試，對不符合現場調試要求的，需重新核查整定。油浸式變壓器投產前，需對油樣進行專業檢測，出具檢測報告。干式變壓器在交接試驗前，需將繞組內溫度傳感器取出，試驗結束后，應及時恢復，避免引起后期設備運行過程中，溫度采集誤差偏大，造成冷卻風扇不能正常啟動，變壓器溫度異常上升、斷路器跳閘甚至設備損壞事故。箱式變壓器應在設計階段明確設置后臺監測系統，設備投產后，設備運行狀態、測控信息等需接入升壓站中控，便于運行監視。箱變設計階段應考慮與風電機組的通訊接口問題，并保證通信電纜/光纜的進出通道及采取必要的屏蔽措施。在運輸過程中，箱式變壓器傾斜角不得超過30°[2]，需保持運輸平穩。

7)35 kV電纜分支箱安裝后，設備帶電前應對分支箱內隔離刀閘和接地刀閘進行手動分合閘檢測，刀閘動靜觸頭接觸良好，分合閘到位。接觸部位存在松動、間隙過大時，需對機構進行調整。同時檢查電纜接頭與接線柱安全距離，防止設備運行過程中，造成相間放電，擊穿電纜頭現象。

8)35 kV架空線路鐵塔應與風電機組、塔架有足夠安全距離，設計院應結合塔架高度、葉片安裝高程及設備尺寸，對風機和鐵塔坐標、高程進行校核，防止葉輪在偏航過程中，葉片因安全距離不足觸碰鐵塔、OPGW光纜、地線等，造成葉片及集電線路設備損壞事故。鐵塔應安裝防盜螺栓，架空線路弧垂滿足設計要求。對于架空部分較長的線路，在進行線路保護整定計算前，應進行線路參數測試，定值整定計算單位根據實測參數，進行保護計算，提高保護定值準確性。

5 電氣二次施工工程

1)不同芯徑的電纜芯不能壓接在一個端子上，不能在一個端子上壓接3根及以上電纜芯。設計未使用的二次電纜應進行規范處理，防止二次寄生回路形成。所有二次回路的電纜均應使用屏蔽電纜，嚴禁使用電纜內的空線替代屏蔽層接地。電流回路應采用專門的電流端子排。

2)PT二次回路交流空開的額定電流等參數配置情況應滿足要求。為防止二次電纜故障時，空氣開關應能起有效保護作用，交流空氣開關的參數約為額定電流3～5 A。PT的每一個星型二次繞組，都裝設有交流空氣開關，三角繞組二次不應裝設空開。PT星形和三角繞組二次N端不能共線。PT的中性線N的連接不能成環，開口三角繞組的中性線N應與二次繞組的中性線N分開，且不能在電纜的兩端同時并接。公用PT的二次回路只允許在控制室內有一點接地，為保證接地可靠，各PT的中性線不得接有可能斷開的空開或熔斷器等；與其他PT二次回路沒有電氣聯系的PT二次回路應在開關場一點接地。公用CT二次繞組二次回路只允許、且必須在相關保護柜屏內一點接地；獨立的、與CT的二次回路沒有電氣聯系的二次回路應在開關場一點接地。

3)在控制室應有獨立于地網的不小于100 mm2的等電位銅排，該接地銅排必須用至少4根以上、截面不小于50 mm2的銅纜(排)與主接地網相連。保護屏柜的接地銅排(大于50 mm2)應與等電位銅排可靠連接。用于微機保護的電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層應兩端接地。站內通訊電纜屏蔽層應采用一端接地。

4)直流回路的各級供電應采用直流空氣開關，不能采用交流空氣開關。直流空氣開關上、下級參數的配合必須符合級差要求，應按有關規定分級配置。嚴禁交、直流回路合用一根電纜。雙重化配置的兩套保護裝置的直流電源應取自不同蓄電池組供電的直流母線段。非電量保護應采用單獨的直流電源供電，不得與電量保護混用。直流屏上元件及空開應設置規范、正確的標簽，防止標簽與所供負荷不一致，出現誤接。

5)雙重化配置的兩套保護裝置的交流電流應分別取自電流互感器相互獨立的繞組；交流電壓宜分別取自電壓互感器互相獨立的繞組。其保護范圍應交叉重疊，避免死區。對于現場保護無死區，但保護范圍沖突的，應由設計院給出設計說明，并在風電場在運行規程中進行明確。

6)220 kV及以上電壓等級的斷路器應配置失靈保護，雙重化的線路(變壓器)保護失靈啟動回路與母線保護一一對應，失靈電流判據在母線保護中實現，母線保護的出口跳閘回路應與斷路器的兩個跳圈一一對應。斷路器失靈保護動作應遠跳線路對側斷路器(可通過線路保護通道實現)和變壓器各側斷路器。線路一變壓器、線路一發變組等未配置母線保護時，應配置單套獨立的斷路器失靈保護裝置。

6 結 語

電氣施工作業作為風電工程建設過程中技術管控點多、可靠性要求和施工工藝標準較高的專業，要全方位、全過程實行監督管控，確保設備一次投運成功和長期安全穩定運行。