探究海上风电场升压站电气设备选型

探究海上风电场升压站电气设备选型

吴涛

（国家电投集团江苏海上风力发电有限公司江苏盐城224000）

摘要：近年世界范围内环境污染的问题越来越严重，因此人们对清洁能源的重视程度越来越高，对于发电工程来讲，逐渐从传统的火力发电向着水力发电和风力发电转变。在风力发电中，海上风电场以其不占用陆地资源、海上风力资源丰富等优势获得了广泛应用，不仅能源供给过程清洁环保，而且极大缓解了我国逐渐增长的电力需求。本文以滨海北区的100MW海上风电场为例，从海上风电场升压站点设备的选型要求出发，对电气设备的选型做了分析。

关键词：海上风电场；升压站；电气设备

前言

我国的海岸线十分广阔，而且海上风力资源充足，因此为海上风电场的发展提供了良好基础。强劲、稳定、干扰少、发电量大是海上风电场的主要优势，因此近些年我国加强了在海上风电场领域的发展。我国的能源局和气象局对海上风能资源做了调查，据调查结果显示我国海上10M高度的风能可转化为7.5亿千瓦的能源，在我国未来的清洁能源领域有着极为广阔的前景。我们既已明确海上风能资源的丰富，就要对其进行有效利用，因此建设海上风电场、选择科学合理的电气设备非常重要。

一、海上风电场升压站选择电气设备的基本要求

（一）满足海上特殊环境的要求

在海上风电场中，由于其环境特殊，因此所选择的电气设备也相对比较特殊，通常在选择电气设备的时候都要将后期的维护和检修考虑在内，另外对于其运行安全性也要做全面考虑[1]。因此海上风电场的电气设备要具备小型、无油、自动、便于维护、安全、抗腐蚀等多方面特征，这样才能适应海上的特殊环境。

（二）要考虑到设备的尺寸问题

由于海洋环境有着潮湿、盐雾重、腐蚀性强、可施工范围小等特点，在海上设置升压平台的时候需要全面考虑这些因素的影响，为了控制平台的成本投入，就必须采用紧凑、抗腐蚀、防潮的施工策略，因此在选择电气设备的时候必须考虑平台的施工面积问题，从而为电气设备的尺寸设置提供依据。

（三）满足无人操作的要求

在海洋环境中无法像陆地风电场一样进行管理，因此建设海上风电场的时候要充分考虑无人操作的问题，而实现无人操作就需要选择符合无人要求的设备，从而通过信息技术的应用实现海上风电场的无人化运行。

（四）满足使用寿命的要求

海上风电场的具体要求决定了其电气设备的特殊性，而且海上风电场的电气设备也因为这些特殊性需要投入更多成本，为了强化海上风电场的经济性，同时结合我国对海上风电场的具体规划，在选择和设计电气设备的时候要保证其拥有30年以上的使用寿命。

二、海上风电场升压站电气设备的选型

（一）主变压器的选型

1主变压器的容量

由于本次滨海北区的发电容量为100MW，由25个4MW的发电机组共同承担，同时鉴于海上升压平台出现故障的话需要的维修时间都比较长，因此为了减少因故障而导致的损失，通常会为升压平台设置两个主变压器，这样如果某一个变压器发生故障也不至于导致整个平台的瘫痪。另外如果一台主变压器出现故障的话另一台主变换器就要承担其电量输出任务，因此选择主变压器的时候要容量控制在风电场容量以上，同时结合未来的400MW容量规划，两台主变加一起要超过400MW，也就是说一台主变要有240MKV的容量。

2主变压器的设计

由于海上风电场的特殊要求，因此在为升压平台设计变压器的时候要充分考虑其过载能力、空载损耗的控制能力、整体结构紧凑性、运行过程的安全性和可靠性、维护的便利性等技术参数。另外在设计海上风电场的变压器时，要将其输出电量的波动性和间歇性考虑在内，要考虑会其瞬间通过巨大电量的特点，因此必须保证其过载能力符合最大能量输出的要求。

滨海北区地处北半球，属亚热带气候，全年的风力资源充沛，但各别区域风力资源较弱，而且结合风力电场输出的波动性和间歇性，变压器可能会存在的空载必须被考虑在内，因此在设计变压器的时候要严格考虑空载损耗的问题。在空载损耗的问题之外，海上变压器的设置还受到空间的影响，因此变压器的紧凑结构也非常重要，在对本体结构进行优化的同时要通过电缆或者是GIS油气套管的方式缩减主变压器的占地空间。

绝缘和散热对海上风电变压器的影响非常大，因此在设计主变压器的时候要全面考虑这两个因素，同时结合海洋环境对变压器的影响。应使用本体和散热装置分开布置的形式，也就是说要在封闭的变压室内设置主变用以隔绝海洋条件的影响，并用室外的散热装置进行散热，同时要用油在主变上做绝缘处理[2]。另外为了保证变压器的防腐蚀性，其全部配件都要进行防腐蚀处理。

（二）配电装置的选型

首选是高压配电装置的选择，在海上风电场升压站高压配电中通常都会使用气体绝缘组合电器，其原理是使用金属外壳将断路器、隔离开关、避雷器、母线等组合在一起，同时向金属外壳内充绝缘气体，从而形成和外界隔绝的电气设备。这种组合电器的外壳是不带电的，因此在布置的时候对接地以及和其他设备的距离没有严格要求。极大减少了高压配电装置占用的空间，这对于海上风电场的特殊环境来将非常有利。另外这种组合电器受环境的影响非常小，更有耐腐蚀的特点，因此其运行的可靠性非常高。

其次是中压开关柜的选择，滨海北区的海缆为35KV，这种规格的海缆综合性能在我国目前的海上电场施工技术中最为实用。使用这种规格的海缆应同时配置35KV的开关柜，而开关柜也要选择气体绝缘型，这样可极大降低配电装置室的占地面积。另外通过和空气绝缘开关柜对比发现，气体绝缘开关柜在尺寸上小了（0.6×0.9）M，而且这种35KV开关柜的运维通道非常小。综上，在开关柜的选择上35KV气体绝缘开关柜占有绝对优势。在35KV气体绝缘开关柜中使用的断路器通常为真空断路器，因此要重视其过电压问题。

结束语：综上所述，目前我国对清洁能源的利用越来越广泛，在清洁能源中，风能以其清洁环保、成本低等优势占据了重要地位。而我国有着绵长的海岸线，特别是本文介绍的滨海北区，其海上的风能资源丰富，十分适合开发海上风电场。因此本位对其风电场升压站的主要电气设备变压器和配电装置的选型做了简要分析，希望对其发展建设有所帮助。

参考文献：

[1]胡斌，罗振宇.海上风电升压站平台总体设计探讨[J].广东造船，2018，16（1）：102-106.

[2]高宏飙，刘碧燕，罗雯雯.海上风电场离岸升压站关键技术研究[J].风能，2017，23（3）：60-64.