济宁采煤塌陷区光伏电气接线设计及设备布置浅析

高婷婷

摘 要：利用采煤沉陷区开发光伏领跑者项目，节约用地利用绿色能源，本文通过山东华电汶上大型地面光伏发电项目，对该项目电气系统接线设计及设备布置方案及详细设计进行了阐述，并总结出了同类电气设计的特点和难点。

关键词：地面光伏 电气设计 接线 设备布置

一、1、项目概述

济宁采煤塌陷区领跑者光伏发电100MWp项目的远期规划容量为100MWp，本期容量为100MWp，本期建设100MWp。本工程由80个1MWp和10个2MWp光伏发电分系统组成，采用“分块发电、集中并网”方案，发电分系统全部采用组串式逆变器方案。

本项目拟建设110kV升压变电站一座。光伏组件所发电力经逆变、汇流，经箱变升压至35kV，然后通过电缆线路以35kV的电压等级接入升压站，升压站以110kV线路送至系统并网。110kV升压站设110kV、35kV两组电压等级。升压站110kV侧采用线路变压器组接线。35kV采用单母线接线。集电线路进线7回。升压站35kV系统设置集中无功补偿装置，以保光伏电场升压站出口侧功率因数满足系统要求。因暂缺系统资料，本期补偿容量暂按24MVar设置，最终容量按系统资料修正。

2、接入系统方案

本工程为装机容量100MWp，农光互补形式项目，在汶上县阳城光伏电站建设1 座110kV升压站，将阳城光伏电站升压汇流后通过1回110kV 线路接入接入宝尚220kV变电站110kV 系统并网，110kV送出线路约为15公里，采用架空线路敷设，架空导线截面为LGJ-300/30。

由于本项目位于山东省，未面临弃光限电问题，因此在光伏电站内并未引入储能配置。

产权分界点为宝尚220kV变电站光伏出线开关间隔的线路侧隔离开关的导线压接点。

3、光伏场区主接线方案设计方案

3.1光伏场区主场区主接线方案

本项目选用50MWp的乐叶355 Wp单晶背钝化及局部铝背场（PERC技术）光伏组件和50MWp的协鑫345Wp双玻光伏组件，其中355Wp包括30MWp的常规组件、20MWp的耐压为1500V的组件。本项目发电系统分为80个1MWp的发电单元和10个2MWp发电单元，其中1MWp发电单元采用1100V组串逆变器方案，对应使用常规组件；2MWp发电单元采用1500V组串逆变器方案，对应使用1500V耐压组件。按照逆变器MPPT电压范围及最高允许电压，乐叶355Wp常规光伏组件的每个组串按照19块电池组件串联设计，协鑫345Wp双玻组件的每个组串按照20块电池组件串联设计，355Wp耐压单晶硅光伏组件的每个组串按照28块电池组件串联设计。

本项目采用带15度倾角的平单轴跟踪支架，跟踪支架从组串式逆变器直接取电。

组串式逆变器方案分为1100V系统及1500V系统，其中1100V系统每个1MWp光伏发电分系统由20-21个50kW组串式逆变器经6-7个四进一出交流汇流箱后再经1台1000kVA升压变压器升压至35kV；1500V系统每个2MWp光伏发电分系统由34-35个60kW组串式逆变器经6-7个六进一出交流汇流箱后再经1台2000kVA升压变压器升压至35kV。每个光伏发电分系统经35kV电缆汇集至110kV升压站，升压站最终采用1回110kV电压等级出线送至系统并网。

光伏组件经截面为1×4的光伏专用电缆串联后接入组串逆变器，组串式逆变器逆变输出的交流电流，经交流汇流箱汇流后输出接入箱变低压侧。根据规范要求就地升压变压器按照光伏方阵单元模块最大输出功率选取，就地升压变容量选用1000kVA和2000kVA，经升压变升压到35kV后经集电线路送至升压站。

组串式逆变器为自供电；每台就地升压变配置一台6kVA的辅助干式变压器，就地升压变自用电源和测控装置电源取自箱变内辅助干式变压器，且两台临近的箱变互为备用。

本工程有90个子方阵发电单元及90台就地升压变，从工程建设规模及光伏场区的环境条件等因素综合考虑，本工程光伏场区集电电压采用35kV电压等级，并以7回35kV集电线路接入110kV升压站，从运行可靠性、灵活性、维护方便等条件综合考虑，本光伏发电站光伏场区内汇集线路采用电缆直埋和电缆桥架相结合的敷设方式。

每回集电线路汇集5~16个发电单元，汇集电缆分支线选用ZR-YJLV22-26/35-3×70、ZR-YJLV22-26/35-3×150型电缆，总线选用ZR-YJLV22-26/35-3×300型电缆。

7.2.3.23.2升压站电气主接线

根据本工程的建设规模及整个区域的电网规划，本项目山东华电济宁汶上采煤塌陷区农光互补100MWp项目，设计容量100MWp，本期新建1座110kV变电站。

升压站设110kV、35kV两组电压等级，升压站110kV侧采用线路变压器组接线，配电装置为户外AIS；35kV采用单母线接线，其中主变进线1回、集电线路7回、无功补偿馈线1回、站用变兼接地变馈线1回、PT避雷器间隔1个，配电装置为户内开关柜单列布置方式。

主变容量根据正常运行时与其相连的光伏电站总容量确定，按1×100MVA考虑，采用三相自冷、低损耗有载调压电力变压器，选用SZ11-100000/110型，变比115±8×1.25%/37kV，连接组别Yn,D11。变压器高压侧采用钢芯铝绞线连接，低压侧采用绝缘铜管母线连接。

7.2.3.33.3站用电接线

本升压站站用电采用380/220V，双电源供电方式，根据升压站站用负荷统计结果，本期工程中升压站内设置1台站用变压器，同时兼用作接地变压器，容量暂定为800kVA。其中，站用变容量暂按400kVA考虑，负荷统计结果见表6.1。站用兼接地变变比为37±2×2.5%/0.4kV，Ud=6%，接线形式为Zn,yn11。

另一路电源由场外10kV线路引接入，设置1台站用变压器，容量暂按400kVA考虑，变比为10.5±2×2.5%/0.4kV，Ud=4%，接线形式为D,yn11。由电网公司供货安装。

站用变负荷统计表

序号	设备名称	单台容量(kW)	台数	总容量(kW)	参加最大负荷容量			备注
					台数		总容量(kW)
电气一次
1	主变有载调压开关电源	2	1	2	1		2
2	主变中性点隔离开关电源	2	1	2	1		2
3	110kV断路器机构电源	2.5	1	2.5	1		2.5
4	110kV隔离开关电源	6	1	6	1		6
6	照明电源	60	1	60	1		60
7	消防水泵	75	2	150	-		-
8	供水泵	1.5	2	3	2		3
9	开关柜电源	2	10	20	2		4
10	轴流风机	2.2	6	13.2	6		13.2
11	插座电源	16	1	16	1		16
12	继电保护柜电源	1	20	20	20		20
13	食堂动力	30	1	30	1		30
14	照明配电箱	8	1	8	1		8
15	厂区及其他建筑动力	20	1	20	1		20
16	综合电采暖负荷	100	1	100	1		100
电气二次
1	直流系统电源	30	1	30		1	30
2	通信系统电源	20	1	20		1	20
3	监控系统电源	5	1	5		1	5
4	火灾报警系统电源	5	1	5		1	5
5	厂变测温电源	1	1	1		1	1
总计算负荷							347.7
站变容量		400kVA

站用电系统采用单母线接线，运行时场外侧为主电源进线，场内35kV侧为备用电源进线，配置ATS系统。低压站用开关柜采用MNS开关柜，共设5面开关柜。

7.2.3.5中性点接地方式

按《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规程》（DL/T 620-1997）规定：35kV系统单相接地故障电容电流值较大时，应选用低阻接地方式。

本工程35kV集电线路长度约14km，经计算升压站接地电容电流为55.37A。本站电容电流较大，在发生单相接地故障时，应能迅速切断故障，故本站建议在35kV侧安装一台中性点带接地电阻的接地变压器，与站用变兼用。接地容量暂按400kVA考虑；接地电阻电流暂按200A考虑，中性点电阻器阻值选用101Ω。接地容量在有实际数据后复核。

4、电气设备布置

7.2.7.14.1光伏组件配套电气设备布置

(1) 4.1.1本项目采用组串式逆变器，组串式逆变器重量较轻，本项目所采用逆变器体积较小，可以支架挂接放置，将逆变器配套支架通过螺栓安装在光伏支架上，然后通过螺栓固定逆变器即可。

4.1.2(2) 交流汇流箱布置在电池板方阵中，户外安装。电池板与组串逆变器、组串逆变器和交流汇流箱之间、交流汇流箱与升压箱变之间的电缆：穿越大棚部分的电缆，采用电缆桥架敷设方式；在大棚以外的电缆，采用直埋敷设方式。

4.1.3(3)升压箱变与升压站之间的电缆通过直埋方式相连。

7.2.7.2 4.2 110kV配电装置及主变压器布置

110kV配电装置布置型式主要有屋外敞开式AIS（方案一）和GIS（方案二）两种形式。

4.2.1 (1) 屋外敞开布置型式AIS

优点：投资较小，设备结构简单，维护更换部件容易。

缺点：占地面积大，裸露导体有电磁污染，当天气条件恶劣时，可能产生电晕。

4.2.2 (2) GIS型式

优点：占地小，设备绝缘水平受环境影响小，运行维护工作量小，对外界电磁、噪音污染小。GIS 配电装置较户外配电装置占地面积要小，且户内GIS可使110kV配电装置占地缩小.用于冬季气候条件比较寒冷的气候条件，运行维护较方便。

缺点：投资较高，工程造价远高于AIS布置。SF6气体泄漏对环境有影响。

综上，户外敞开布置能够满足本工程运行条件，户外布置投资较少，有利于提高整个工程的资本金收益率。本工程建议采用户外AIS方案。

7.2.7.34.3 35kV配电装置、无功补偿装置布置

35kV配电装置布置于35kV开关室，设备采用KYN61-40.5铠装型移开式金属封闭开关柜，共11面，呈室内单列布置，进线采用电力电缆，开关柜底部地下设电缆廊道；开关柜至变压器的出线采用耐热型铝合金钢绞线连接。

35kV无功补偿装置户外布置，设计中考虑运输、电气和防火距离的要求。

7.2.7.44.4 站用变压器设备布置

站用兼接地变压器、低压配电柜等紧靠35kV屋内配电装置室布置。

5 小节

近几年地面并网光伏电站发展十分迅速,而且规模也在不断扩大,为了保证光伏电站的安全可靠运行,光伏电站的电气系统的设计不但要严格遵守工程设计的各相关规范，对于主接线设计和电气设备的布置更要结合自身的设计经验才能更高效的完成设计任务。

参考文献

[1] (澳)斯泰普尔顿//尼尔.太阳能光伏并网发电系统.机械工业出版社.2014.5

[2]魏学业、王立华、张俊红.光伏发电技术及其应用第2版. 机械工业出版社.2018.6

[3]靳瑞敏.太阳能光伏应用:原理 设计 施工.化学工业出版社.2017.9

地址：北京市丰台区汽车博物馆东路6号院1号楼华电产业园A座8楼

电话：[phone] 张鹏远7.2.8 电缆敷设及防火封堵

电缆采用电缆沟和直埋敷设，室内设置电缆沟与室外电缆沟相连接。各级配电装置附近均设有电缆沟且相互连接，室外电缆沟内与室外配电装置之间的联系电缆采用电缆护管完成防护功能。

严格按照有关规程，对电缆通过的部位进行封堵处理，如保护室内的屏位预留孔洞，各屏位底部的孔洞均应封堵。 在出室外过墙的地方，均应设置阻火墙，小的孔洞直接进行封堵。 室外电缆沟交叉处每隔100米设置一道阻火墙，电缆沟与主变油池相连接处应进行封堵。 阻火墙与封堵处两侧的电缆，需刷防火涂料。 封堵材料采用阻火包和有机软质堵料，材料必需通过国家消防部门的鉴定。