刘彩兵
山西省工业设备安装集团有限公司 山西省太原市 041000
摘要：风电场内部组成中的集电线路，作为风电场运行的基础设施，用于连接风电场各个环节，承载着风电场的核心工作内容：汇集每台风机产出电量，输送汇集电量至升压站。风电场的风机数量较多，容量设置在50MW，集电线路的电压等级标准在35kV。在输送容量、线路长度等标准化背景下，集电线路拥有2～3个线路输送电量。在集电线路设计中，回路数量成为设计人员的工作重点。
关键词：风电场；导线；集电线路
引言
随着“全球能源互联网”战略构想实施，风能作为一种可再生清洁能源被广泛开发利用。风电场集电线路穿越地形多变，所处气候环境比常规输电线路更为恶劣，导致短路故障频发，其中单相接地故障在电力系统总故障中约占80%，发生概率最高，而对于两相接地、三相接地故障来说，其多是通过单相接地故障发展形成。此外，风电场拓扑结构复杂，含有众多风电机组分支，且线路较短，加大了其故障测距的难度。故障后因不能准确找出故障点并及时修复，造成严重的弃风窝电现象，阻碍了风力发电技术的应用。因此，准确、快速的故障测距，能够有效指导维护人员检修线路与排除故障，改善风电场弃风窝电现象，从而保证风功率安全可靠外送。风电场具有多风机分支、混合短线路的特点，对测距精度的要求实质比输、配电系统更高，其故障测距方法成为难点研究较少。
1风电机组布置与集电线路的关系
风电机组的合理布置对整个风电场的发电量、场内连接电缆线路投资、场内电缆线路的长度、场内线路的电能损失有很重要的作用。风电机组的布置需达到风电机组各台发电量最大，尾流影响最小的排列方式，根据现已建成的49.5MW风电场场址区域的风能资源条件、地形条件，一般以行距（叶片直径的4－8倍)和列距(叶片直径的6－10倍)组合方式排列。根据当地的单一盛行风向或多风向，风电机组一般按矩阵式排布和分散式排布。风电场风电机组的布置影响着集电线路路径的曲折程度和分支线的多少。按现有的风电机组技术，风电机组单台容量一般在2MW左右，风电机组出口电压经箱变升至35kV后经集电线路最终进入升压站。
2风电场集电线路择优路径
2.1地形与地物分析
平原地区风电场地形平坦，多为草甸子或荒地，不受客观条件制约，风机布置排列有序，升压站多位于风电场中心位置，该连接特点是风机连接后接入升压站距离较短，３回路与２回路连接路径长度相近，投资明显低于２回路。丘陵或山区风电场风机布置受地形、规划、环保、国土等限制，一般布置较为零散，呈狭长型。升压站位置主要考虑征地及接入系统送出线路投资影响，远离风电场，这样风机连接后接入升压站，２回路路径长度远小于３回路，投资较低。一般情况下，风电场范围多为废弃区域，工程建设不受制约，但当风电场内地物复杂，常有铁路、高速公路、耕地、林地、高压电力线路、河流等限制性地物时，风机布置避免与之相交，布置成梅花型，较散乱。线路连接同时也需要避让敏感地物，线路路径走向成多边形，分支线路较多，路径长度较长，并且场区内集电线路跨越铁路、高速公路，需砍伐林地，需要征办各种协议文件手续。为了有效避让敏感地物，减少跨越次数，２回路比３回路连接更为优越。
2.2在杆塔和基础选型方面应做到根据不同的地形选型
做到线路运行安全，节省廊道资源，不影响整个风电场的布局的情况下选择不同的杆塔型号和基础形式，在地势平坦地区可用钢筋混泥土水泥杆，在廊道和土地资源比较紧缺的地区采用同杆或同塔进行双回或三回架设。在山区可采用杆塔混合的方式，尽量减少电缆的用量，风电机组基础积极引进新型基础（如岩石锚杆基础、无张力灌注桩基础、钻孔灌注桩基础等）的应用，减少开挖及钢筋混泥土的用量节省工程投资.
2.3粒子群择优路径
（1）粒子群算法描述。粒子群算法在回路数择优期间，具有计算速度高效率，并且收敛性极佳，并且结合遗传算法原理，使用交叉与变异的计算思想，是集电线路回路择优的最佳方案。将粒子群m初始化，自动随机生成序列为m个1与33+M-1之间的数列集合，计算粒子个体优秀值Pi，将Xi初始化，将全部优秀值g初始化，在所有粒子中选择最优秀的Xi值，形成矩阵K。每个单独粒子与其他粒子进行最优交换，如果交换期间发生的适应值更为优秀，则保留粒子替换结果，并且输出优秀值；粒子具有动态变化特征，变化规律参考矩阵K，如果变化结果的适应值更为优秀，则粒子替换成功，保留优秀值。更新单独粒子的优秀值Pi：将每个粒子的适应值与自身优秀值Pi进行对比分析，如果适应值高于Pi，则替换优秀值。更新所有粒子的优秀值g：每个独立的粒子，令其适应值与全局优秀值进行对比分析g，如果其适应值高于g，则以其适应值替换g。检查结束条件，如若条件，结束择优流程，如果不满足条件，从第二条重复择优过程。（2）回路择优分析。拟建风电场，其装机容量假设为49.5MW，安装风机设备为33台，对应的发电机组33个，每个机组的容量为1500kW，风电机组的连接方式为：一对一连接。择优运算参数设定：选择粒子群的序列集为50，择优次数为100，回路数为1～33；计算结果：6～9回路较为优秀；将取值扩大10倍，序列集为50，择优次数1000，回路数选择6～9，进行回路择优，计算结果为：7回路数；将择优次数扩大到2000，运行程序次数增加至10次，对比择优结果，均为7回路数。
2.4运行与维护
风电场在投入运行后，保证集电输送安全运行是风电系统最重要的任务。工作人员要经常巡视、检修，进行相关的维护。由于线路处在露天环境，会受到自然灾害和外力破坏，线路事故特点是由鸟害和外力破坏引起的故障较多。双回线路发生鸟害故障的概率远低于单回线路。２回路连接出风电场后采用１条同塔双回路线路走廊，而３回路连接出风电场后至少要２条线路走廊（一条为双回路，另一条为单回路），因此２回路连接较３回路减少了鸟害故障的发生，提高了线路运行的可靠性；另外，２回路连接路径长度较短，有利于输电线路正常巡视工作，减少了线路日常维护工作量。风电场外双回线路中一回线路检修时，另一回线路要求正常运行，在双回线路铁塔上带电检修作业危险性比较大，存在着安全隐患。双回线路存在单相故障及相间故障的同时，还存在不同回路、不同相之间故障。３回路连接利于线路检修，降低相间故障，但３回路路径长，检修工作量大；此外，３回路比２回路少一种导线，减少了相应增加的导线、绝缘子、地线、金具等维修备品种类，３回路更便于线路维修。
结语
风电场内部集电线路，其回路选择问题，应结合风电场实际规划、风机布置特征、升压站的具体位置、风电场建设地理位置等因素，并且参考工程造价，开展综合分析后，再行确定。当风电场规划容量不小于200MW时，或者是风电场地理位置在丘陵山区时，应采用2回路。当风电场集电线路布置期间，途经林地、高度路等地段时，应选择2回路。风电场规划容量不大于200MW时，并且风电场内部环境地势平坦，风机数量较多时，应选择3回路。运用粒子群算法，分析风电场集电线路中回路数的最优状态；详细开展模型设定，明确分析流程，并且依据粒子群择优原则，开展回路数择优程序。计算结果为：回路数为7时，集电线路为最优状态。
参考文献
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