探究台风区域海上风电场升压站的电气设计

探究台风区域海上风电场升压站的电气设计

赵陆尧1刘玢2赵陆鑫3

（1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州市510000；2.国网吉林省电力有限公司吉林供电公司吉林市132000；3.吉林农业科技学院吉林市132000）

摘要：近年来我国海上风电发展十分迅速，广东等沿海地区很多项目正如火如荼地开发建设，相对于欧洲北部的海上风电场而言，国内广东等地区的海上风电场要面临强台风的考验。基于此，本文简单介绍了台风区域海上风电场升压站的电气设计并论述其可靠性，希望由此能够为业内人士带来一定的帮助。

关键词：台风区域；海上升压站；电气设计

近年来广东省的海上风电发展极为迅速，2018年4月广东省第一个海上风电项目-桂山海上风电场首批风机正式并网发电。而湛江外罗、阳江沙扒、南鹏岛、汕头勒门等海上风电项目也均已核准并陆续开始开工建设。据统计平均每年影响广东沿海的台风为4.6次[1]，所以抗台成为每个广东海上风电项目必须要面临的课题。

1升压站的电气主接线

目前比较常见的近海海上风电项目布置形式为在海上布置一座升压站，陆上并网前建设一座集控中心，风机发出的电能通过集电海缆汇集到海上升压站，升压后经2回出线海缆输送至陆上集控中心。升压站主接线可考虑单母线接线、单母线分段接线、内桥形接线及变压器线路组接线四种方案。

方案一，单母线接线。单母线接线具有高压侧互联；接线较简单、灵活的特点，断路器比方案三要多一台。

方案二，单母线分段接线。单母线分段接线具有高压侧互联；接线较简单、灵活的特点；断路器比方案三多两台。

方案三，内桥形接线。内桥形接线具有高压侧互联；接线较简单、灵活；保护配置较繁琐，操作较复杂的特点

方案四，变压器-线路组接线。变压器-线路组接线高压侧相互独立；接线简单；保护配置简单的特点；断路器比方案三少一台。

方案四的初始投资在四个方案中最少，但可靠性最低。当考虑到一台变压器或台风引起某回出线海缆出现故障时，方案一、二、三在不增加投资的前提下均可以输送大部分容量。综合考虑风机的满发情况和操作灵活性以及风场可靠性等因素，推荐台风区域的风电场采用方案三，即内桥形式接线。

2升压站的站用电与应急电源

海上升压站站用电采用380/220V，采用单母线分段的接线方式，两段工作段电源分别取自两台互为备用的站用变压器，站用变压器电源分别取自2组中压单母线分段中的一段母线。另外设一段应急段，升压站应急柴油发电机组接入应急段。工作负荷由工作段供电，应急负荷由应急段供电，正常运行时应急段母线与其中一段工作段母线联络闭合，当全站停电，启动柴油发电机组供应急负荷运行。

由于项目处于台风区域，在风电场建设、调试、故障、检修阶段，风电场存在与外电网隔离的状态。此时，所有风电机组均不发电，为保证孤网期间风机偏航或叶片顺桨、设备加热、驱潮等能正常运行。考虑在海上升压站设置一台辅助柴油发电机用于孤网运行状态下，向风机提供辅助电源。

根据对风机孤网情况下负荷的统计，考虑经济性，考虑设置一台辅助柴油发电机，通过升压变压器接入专用的中压母线段。当孤网运行时，通过母联断路器向其他母线段供电，从而通过集电海缆线路向风机内负荷供电。

3升压站主要电气设备的布置

海上升压站的生产造价成本比陆上开关站的建设成本要高，升压站中电气设备的布置应紧凑、合理。通常海上升压站的布置应遵守以下几条原则：

1）优化海上升压站的电气布置，平台内电气设备分区合理布局，缩短各设备间的电气连接（电缆），且尽量避免交叉。变压器及其对应的中低压设备，分两个区域独立设置，避免相互间的影响，物理分隔提高系统运行的可靠性。平台占地应尽可能的小。

2）考虑风向的影响，含油设备位于下风向，减小火灾事故的影响。

3）空间高度要求高的设备，如GIS以及变压器，考虑布置在二层平台，上方设置吊装孔位置，方便吊装检修。

4）空间高度要求较低，尺寸较大的设备，如中压电抗器、柴油机等，考虑布置在三层平台，上方设置吊装孔位置，方便吊装检修。

5）小型设备，如开关柜等，在对应平台层考虑检修通道，可通过甲板吊装区吊装到各层，通过检修通道运输到各设备房间。

6）散热量较大的设备，如柴油发电机等，靠外围布置。

7）尽量使可能成为火源的设备与燃料要分开。

8）各层吊装区及靠船位置合理规划，提高吊装作业的可视性和可操作性。

9）平台四周设置回形外走廊，相互连通。内部设置走廊，保证设备运输，同时保证人员疏散出口数量。

图1海上升压站断面布置图

目前国内主流的海上升压站可以根据通道布置的位置分为两种，含内通道式与不含内通道式。不含内通道式的升压站需要把电缆通道和暖通风管布置在室外，当遇到台风级别的强风时很可能会遭到破坏。所以建议在广东等强台风区域，尽量采用将电缆通道与暖通风管布置在室内的升压站，即有内通道式的升压站。

通常海上升压站共有四层，第一层层高为6~7m，其他层高均约为5m。各层大致布置如下：

一层：主要布置救生装置及油罐，兼做电缆层，出线及集电海缆通过J型管穿过本层夹板引上至配电装置，主变至高压配电装置及中压配电装置的电缆采用电缆桥架、支架敷设在此层。

二层：中间布置主变，主变一侧布置高压配电装置及消防设备，另一侧布置中压配电装置及其中性点接地装置以及低压配电柜。

三层：为主变及高压配电装置上空，其余区域布置有柴油发电机、低压应急段配电柜、二次设备间及暖通设备等。

顶层：设有吊车、设备检修孔、水箱、通讯天线、避雷设备等。有些项目还会根据项目需求布置直升机悬停平台。

结论

综上所述，升压站电气设计直接关系海上风电场的稳定、安全运行，是海上风电场的心脏。在此基础上，本文涉及的升压站主接线比选、升压站设备选择、布置可靠性评估等内容具有一定的实践价值。在台风区域海上风电场升压站电气设计的理论研究和实践探索中，本文内容可提供一些参考。

参考文献

[1]刘天绍刘孙俊杨玺陈劲张超.1951—2015影响广东沿海台风的统计分析.广东电网有限责任公司江门供电局；成都信息工程大学.