35kV分布式光伏发电配套输变电工程设计方案研究
时间：2023-06-17 09:55:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杨超
（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司）
光伏发电是基于半导体器件的“光生伏特”效应，实现光能到电能的转换，再将电能提供给供电区域内的用户，对于缓解环保压力，促进区域经济发展具有一定的推动作用，经济价值和社会价值都较高[1-2]。存在光伏电站发出的电能超过供电区域的负荷需求，就需要将多余的电能送入电网，配给到供电不足的区域，因此就必须要根据电网的实际负荷即潮流分布情况综合考虑，对光伏电站的输变电配套工程展开深入研究[3-4]。
光伏电池的实质就是半导体器件PN 结，当太阳光照射到PN 结上的时候，太阳能被PN 结吸收，太阳能就是通过PN 实现到电能的转换，这一转换过程被称之为“光生伏特效应”[5]。
半导体PN 结中的电子-空穴对是由太阳能所激发的。基于PN 结当中电子-空穴对的相对运动形成了电势差，电动势便在PN 结中形成了，由于电动势要远远大于PN 结固有的壁垒电场，从而PN 结中的P 区会由于空穴的积累呈现正极性，N 区由于电子的积累呈现负极性，从而PN 结的P 区与N 区之间形成了“光生伏特效应”[6-7]。
光伏电池的对外输出特性可以等效为一个恒流源和一个正向并联二极管的组合电路。如下图所示。
图 光伏电池等效模型
其输出特性方程如式（1）所示：
式中，Isc为光伏电池内部的光生电流；
IVD为二极管反向饱和电流；
IL为光伏电池的输出电流；
UL为光伏电池的输出电压；
Rs为光伏电池内部的等效串联电阻（通常不会大于1Ω）；
Rsh为光伏电池内部的等效旁路电阻（通常阻值大于1kΩ）[8]。
Rs阻值较小，Rsh阻值较大，理想化的光伏电池模型将这两个电阻都忽略掉。在实际应用中为了提高输出电压和输出电流，会将多个光伏电池根据一定的规则进行串并联组合，以阵列组的形式存在[9-10]，光伏电池阵列组的输出特性方程如式（2）所示：
某35MW 光伏发电项目位于某省某市经济开发区，项目占用面积约为40 万m2，最终装机容量达到35 MW[11]。项目完全建成后，所能够产生的电能全部供给本地电网内部负荷。该项目利用完全不存在污染的太阳能进行发电，发出的电能完全能够满足本地负荷需求，对于地区环保压力的缓解具有促进作用，并且区域经济进步也有助力作用，能够实现良好的社会效益和经济效益。该项目计划分为分成两阶段进行，第一阶段（18MW）光伏发电站和第二阶段（17MW）光伏发电站[12]。
1）该变电站终期建设2 台容量50MVA 三卷式变压器和1 台50MVA 的两卷式变压器，已完成其中两台50MVA 容量等级的变压器建设。110kV 电压等级线路采用了GIS 布置方式，最终实现6 回出线，目前已实现2 回出线；
35kV 电压等级线路长期计划采用单母线两分段接线方式，最终实现8 回出线，当前已实现2 回出线；
10kV 电压等级线路长期计划采用单母线三分段接线方式，最终实现32 回出线，目前已实现14 回出线。
2）输电部分全部采用电缆敷设接入方式长度约1km，电缆型号为YJV22-26 / 35 kV-1×630mm2；
变电部分是基于原有变电站内35kV 配电装置扩展而来的35kV 出线柜。
3.1 一次接入方案
光伏电站以35kV 的电压等级接入到电力系统，实施方案为：首先对光伏电站的输出电压进行升压，新建1 回35kV 电压等级的线路并通过变压器接入到110kV 线路，线路长度约为大约1km，线路导线采用铜芯电缆，导线截面积约为630mm2。
3.2 二次接入方案
光伏电站至变电站35kV 电压等级线路必须配置微机保护设备。新建光伏电站与变电站一般采用24芯光缆进行通信。光伏电站的运行数据需要接入到调度数据网，分别送往不同级别的电力调度控制中心，并且运行数据的种类和数量需要达到电力调度的基本需求。
4.1 输电线路部分
本设计方案的主要技术指标如下表所示。
表 主要技术特性指标
（1）电缆型号
根据实际运用要求，该项目新建的输电线路采用单芯电缆，运用的输电线路电压等级为35kV，电缆截面积为630mm2，电缆型号为YJV22- 26 /35 kV-1×630mm2。
（2）电缆配套附件
电缆的配套附件主要涵盖了变电站内部的避雷器，电缆线路转接所需的电缆转接头，电缆线路两端的终端接头，中间交叉互联箱，电缆线路两端的直接接地箱和保护接地箱，以及与之相配套的同轴电缆和接地电缆。
（3）电缆的保护套接地方式
该工程的电缆金属保护套采用了交叉互联的接地方式。
（4）电缆的铺设方式
该工程在采用了电缆地沟、电缆埋管、电缆托管过河相结合的方式，根据施工现场的实际情况以及施工规范的具体要求，电缆之间的距离、电缆与管道、电缆与建筑物之间的距离必须满足相关标准的要求。
（5）电缆防火要求
根据相关标准、规范、规程，再结合施工现场的实际情况，对该工程的电缆线路提出了防火阻燃要求：①新架设电缆线路，在电缆之间交接位置，电缆裸露部分，电缆表面需要涂刷满足安全防护要求的耐火涂料或缠绕其他阻燃物件进行防火预处理；
②电缆接头位置并两侧延展2m 长度，并且相邻电缆线路都必须进行阻燃处理；
③耐火涂料和其他材料必须为满足安全防护要求的不燃或阻燃材料。
（6）对通信线路的保护
根据相关的标准的具体要求，需要对电缆线路走行路径附近一定范围内的通信电缆线路进行运行状态分析：①对于与本电缆线路相邻近的埋地、架空通信电缆，其干扰和安全影响忽略不计，不予考虑，对于距离电缆线路路径100m 开外的移动通信基站，其干扰和安全影响忽略不计，不予考虑；
②当电缆线路发生单相接地故障或相间短路故障时，如果临近的一级、二级通信电缆线路感应产生的电动势的值在标准规定的范围内，则不需要采取额外的防护措施。
4.2 变电线路部分
（1）电气一次侧主接线
主变压器最终需要配置为2×50MVA+1×50MVA，已完成2×50MVA（分别为1#号和2#号主变压器），采用了三相三绕组有载变压，电压等级均可调，电压等级为110kV、35kV、10kV，其中在35kV 电压等级一侧的一条母线上新增1 回出线。
（2）电气设备平面布置
110kV 电压等级的配电设备采用GIS 布置方式；
35kV 电压等级的配电设备采用户内开关柜双层排列布置，在35kV 电压等级的母线侧增加一个出线柜连接到光伏发电站；
10kV 配电设备采用户内开关柜单层排列布置。
（3）电气设备选型
扩建的35kV 开关柜采用了手车式户内开关柜，开关柜内的设备主要包括了断路器、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等。
（4）防雷装置与接地装置
该变电站已配置有避雷针，能够有效实现对直击雷的防护，多个避雷针的相互间隔距离以及针尖高度都能够满足相应的防护要求，采用多个避雷针进行多层次配置能够实现对直击雷的高效防护。变电站采用纵向接地和横向接地结合的方式构建接地网，配电设备的柜体外壳，通过接地线连接到组合式接地网实现接地保护。变电站新增加的配电设备的柜体同样需要与组合式接地网可靠连接。
本文所研究的35kV 分布式光伏电站主要基于厂房屋顶进行光伏电站的建设，给出了具体的分布式光伏电站配套输变电工程的设计方案，预计该工程完成后，能够对厂区提供清洁、高效的能源，既具有经济性又具有环保性，不仅能够将发出的电能用于区域内负荷，还能够将多余的电能输送到电网上。
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