王光伟
中国水电顾问集团姚安新能源开发有限公司 云南省楚雄州姚安县675300
摘要：在风电场中，集电线路承担着电能汇集及输送的重要作用。本文对风电场架空集电线路在设计和施工中的细节控制进行了论述。
关键词：高原型；风电场；架空集电线路
随着经济的发展和科技的进步，我国风电技术已取得了很大的进步，从而为我国各领域的发展起到了推动作用。但在风电事业逐渐发展的情况下，也存在着一些问题需解决。我国出现的风电机组脱网事故引起了广泛重视，经调查发现其事故是因风电场集电线路的设计存在缺陷而导致风电场出现安全事故，因此，控制风电场架空集电线路的设计和施工迫在眉睫。
一、风电场集电线路接线方式
1、集电线路电压等级选择。当前风电机组的出口电压大多为0.69kV，采用风电机组箱式变电站单元接线方式进行升压后有10kV和35kV两个电压等级可供选择，对风机容量小且机位距离升压站较近的情况，集电线路可采用10kV电压等级。若风电场装机容量大且距离升压站较远．采用10kV集电线路运行与维护工作量大，线路损耗多，因此一般采用35kV电压等级。
2、集电线路方式选择。风电场集电线路有架空线、电缆连接、架空与电缆混合三种方式，这些方式各有其优缺点，因此选择时应根据实际情况选择最好的方式，既能保证风电场正常运行，同时也要考虑到成本控制。架空线方式是风电机组发出的电能经箱式变电站升压后，通过导线传输到距离最近的架空线路杆塔。电缆连接方式是风电机组发出的电能通过箱式变电站升压后经电缆连接到与之邻近的箱式变电站高压侧。架空与电缆混合方式是经由风电机组发电经箱式变电站升压后，通过两种方式的共同结合形成的一种集电线路方式。
二、路径规划
路径规划为设计中最重要的环节，与寻常架空线路不同，风电场架空集电线路需汇集多台风机电力，因而整个路径需尽量靠近位于风机平台上的升压箱变，通过电缆接到附近铁塔上。
此时对线路路径的控制因素已成为风机、平台及附近的施工道路，有时不得不舍近求远或绕行到地形条件不佳的地段。设计前期资料一般有一幅包含有风机机位、施工道路、主要地物的地形图，该地形图为数字化的CAD图纸，其包含较准确的等高线和坐标数据。
1、按风机布置确定大致走向。某高原型地区风电场每期为24台(单机容量2MW)到33台(1.25MW)风机，分两个回路，因而需将这些风机的电力根据机位布局平均分配到两个回路上，一般采取”串糖葫芦”的方式将各台风机箱变出来的电缆连到附近的铁塔上去，对离主干线路路径较远的风机(距离大于200m)，则采用分支线“T接”方式连接到合适的分歧塔上。
当风机呈线型布置时，靠近升压站附近的部分线路可采取同塔双回路架设；当风机布置相对分散时，采取两个单回路。
2、路径选择。除靠近风机外，路径选择原则基本跟普通电力线路一样，但不必刻意拉直以缩短路径，风机密集处反应该增加转角点。选取路径时应注意避免使线路跨越风机平台，而且要注意离施工道路不宜太近，同时还要考虑上塔电缆敷设的便利。
3、线路路径距离风机的最小距离确定。为减少箱变到电缆上塔处电缆的使用，架空线路铁塔应尽量靠近风机，但存在一个最小距离(Dmin)，由于当前风机机头能360°范围扫风，因而叶片扫风面旋转到正好垂直于线路时，叶片尖距离地线最小为d。当Dmin不够时容易使风机叶片打到地线，或距离地线太近，在雷电时无法满足安全运行要求。
根据规程DL/T 620《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》相关条款，d的最小为5m。校验时地线要结合该段线路两端铁塔的高差和风机平台的高程来考虑校验时地线弧垂，同时应考虑一定的裕度。若d不能满足要求时，应该适当调整路径以增大机距线路间的距离。
三、设计气象条件选择
高海拔风电场有相当一部分选址在地形起伏大但风况好的地带，这些地带通常较偏远，附近往往无气象站，且附近的电力线路一般选取地形好的路径走向，因而风电场气象条件参考资料相对较少。但设计基本风速及最低气温可参考附近测风塔的数据，对覆冰情况和雷暴日则缺乏足够数据支撑。
因此对风电场集电线路气象条件选取在加强调研的前提下宜保守考虑，但不应盲目扩大安全裕度引起工程量质的变化，必要时采取多气象区设计和校核。主要气象参数选择可从以下方面考虑：
1、风速：一般可根据测风塔数据考虑，在内陆地区一般考虑基本风速25m/s和27m/s，由于风电场集电线路平均档距较小，铁塔使用档距用不满，因而两种风速安全且合理。
2、覆冰：一般根据当地有经验的设计部门或供电部门会有一定的冰区划分图，如不明确时，可考虑在海拔2500～3000m区间考虑15mm覆冰，3000m以上采取20mm覆冰，同时加强校验和降低使用标准。但若根据调查覆冰可能超过20mm时，应考虑放弃架空线而采用电缆。
3、雷暴日：当前新设计的铁塔一般均具备双地线支架，抗雷性好，因而一般以多雷区考虑。
此外，部分风电场可能出现最低温度、最大覆冰和最大风速两者或三者同时出现的工况，因而应加强核算，保证一定的安全系数。对因微地形引起的局部微气候区，更应引起重视。
四、塔型选择
高原型风电场架空集电线路一般采用角钢塔。根据以往杆塔定位经验，风电场往往因地形差，且又需将铁塔设立在风机附近位置，因而出现水平档距大小差异较大，风机密集处可能仅有不到100m，遇到跨越处也可能出现500m以上的档距；有时因无法避开高耸地带，导致部分铁塔的垂直档距较大。此外，连续上下坡较多、地形突兀变换频繁、光缆和电缆连接等因素，直线耐张塔使用较多。
根据众多已建工程，架空集电线路塔型选择主要有两种思路。一是使用35kV典设塔型，使用条件超标的塔位，采用以大代小的方式，即采用110kV等级典设塔，该种方式的优点是塔型成熟、使用经验丰富，但缺点是整个工程采用塔型较多，给设计、加工、组装带来一定的麻烦，此外，因该风电场设计中的35kV铁塔均无高低腿，给施工带来了诸多不便，而且过多的以大代小造成材料浪费，该方式常为设计单位所采用。二是采用设计单位针对集电线路自行设计的铁塔，该方式为集电线路量身定制，使用条件丰富、灵活，具备高低腿，塔材节省，但缺点在于设计水平参差不齐，塔型使用经验有待考察，该方式常为线路总承包单位采用。
根据以上分析，采用第二种方式，加强对塔型结构的校核和验算，并在优化设计的情况下，当工程项目较多时，具有一定的实际意义，因而可作为推荐的方式。对于塔型设置，可根据实际情况考虑。因直线塔使用较少，所以设计的直线塔型可较少一些；直线型耐张塔和小转角耐张塔较多，因而考虑单独设计一种塔型；用于分支线“T接”宜设计一种分歧塔；其余塔型配置可参考典型设计。
五、电缆上塔
在风电场集电线路故障中，电缆上塔点是故障发生频率较高的地方，也是线路专业容易疏忽的地方。在线路路径规划和排杆定位时，往往在离风机较近的合适位置设立一基铁塔用于电缆与架空导线，光缆与架空光缆的连接。出于电缆上塔的附属装置带来的附加受力及通信光缆开断考虑，该铁塔应设置为耐张(转角)塔。
上塔电缆是在顺线路侧还是垂直线路侧要根据引下线对塔身的电气距离最有利的方向选取，如该段为同塔双回路时，应注意这台风机要连接到哪个回路，以选择最佳的上塔方向。
电缆上塔所需的避雷器、支撑绝缘子、隔离开关等设备要注意采用相应海拔的高原型设备。设备安装的电气距离应根据规程做出修正，并考虑一定的裕度。有覆冰时，支撑绝缘子可采用提高一到两个电压等级的产品。引下线对铁塔、相间或对其他电气设备间电气距离局促时，可采用绝缘线。
参考文献：
[1]牛清华.关于风电场集电线路的优化设计[J].风能，2016(04).
[2]武文星.高原型风电场场内架空集电线路设计经验谈[J].工程技术，2016(50).
[3]李鹏.浅谈风电场集电线路的设计与研究[J].吉林电力，2015(03).