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1、风电场架空线路优化设计概述吴艳姣,龚 敏,谭美超（中南电力设计院,湖北 武汉 ）摘要：风电场集电线路有架空、电缆直埋和线缆混合三种型式。架空线路往往投资最省，因而其在风电场中应用最广泛。架空线路的优化设计主要包含路径优化、导线型号选择及优化、杆塔设计优化及基础设计优化等内容。针对架空线路的适用条件及其特点，结合工程实际需要，从上述几个方面总结风场架空线路的优化设计思路，进一步降低架空线路的造价，提升风电场建设的经济性，为后续工程项目的实施提供参考。关键词：风电 ;集电线路;杆塔;优化设计The Optimization Of Overhead Transmission Line Design
2、in the Wind Power ProjectWu yanjiao. Gong min. Tan meichao(Central Southern China Electric Power Design Institute. Wuhan , China)Abstract: There are three Transmission Line Design type in the Wind Power Project with overhead lines, cable and cable hybrid. Combined with the engineering analysis of th
3、e kunlun Overhead Transmission Line application in the Wind Power Project and its optimization design.Key words: Wind Power Project; Transmission Line Design; Steel tower; Optimization design1 概述风电场集电线路有3种形式1-3，一种是架空线，风电机组所发电能经箱式变电站升压，通过电缆接至最近的架空线路杆塔；第二种是电缆直埋，风电机组所发电能经箱式变电站升压后，通过地埋电缆连接至升压站变压器低压侧；第三种
4、是架空与电缆混合方式，风机区域采用电缆直埋，各分块区域与升压站间采用架空线路。架空线路具有比较好的经济优势，但因杆塔施工比较困难，且易受到极端气候条件影响，对景观的影响也比较大，因此在进行集电线路形式选择时，应综合比较，选取最为合适的方式。在风景名胜区、地形复杂、覆冰严重区域或工期紧张的工程，电缆直埋具有一定的优势4-6。本文以山东淄博某风场为实例，具体分析架空线路的设计特点及设计优化内容。2 工程概况及路径选择山东淄博某风场，装机容量48MW，24台2000kW风机，采用“一机一变”单元式接线。该风电场不处于环境保护或旅游区域，且地形、覆冰及工期情况均对架空线路有利，故而选择了架空线作为最后
5、的方案。根据风机布置位置及容量分析，该风场架空线路共分为三组，如图1所示。作者简介：吴艳姣(1984-), 女, 工程师,主要从事结构设计.E-mail:wyj5586（1）集电线路一：接W1#W9、W13#共10台风机至110kV升压站，由一条主干线和一条分支线组成。主干线起点为1#风机附近A1，终点为110kV升压站附近A14，分支线起点为3#风机附近的A15，终点为7#风机附近的A10分支塔，分支线通过7#风机附近的A10分支塔T接入主干线。架空线路总长4.652km，采用单回架设。（2）集电线路二：接W10#-W18、BY1#共9台风机至110kV升压站，由一条主干线和一条分支线组成。
6、主干线起点为17#风机附近B1,终点为110kV升压站附近B11,分支线起点为14#风机附近的B12,终点为11#风机附近的B8分支塔，分支线通过B8分支塔T接入主干线。架空线路总长4.29km，采用单回路架设。（3）集电线路三：接W20#-W24#共5台风机至110kV升压站，由24#风机附近C1架设至110kV升压站附近C10。架空线路总长2.293km，采用单回路架设。 图13 导线型号选择及优化3.1线路输送容量的确定每台风机容量为2000kW，集电线路一共接10台风机，集电线路二共接9台风机，集电线路三共接5台风机。回路持续工作电流计算见表1。表1 回路持续工作电流计算总容量（kW）
7、电压等级（kV）系数回路持续工作电流（A）集电线路一20000351.732329.92集电线路二18000351.732296.93集电线路三10000351.732164.963.2导线截面确定按风机最大负荷时间少于3000小时，经济电流密度为1.65A/mm2。按照经济电流密度计算导线截面见表2。表2 导线截面计算电流（A）经济电流密度（A/mm2）导线截面（mm2）集电线路一329.921.65199.95集电线路二296.931.65179.96集电线路三164.961.6599.98若根据表2中经济电流密度考虑，集电线路一的主干线导线截面需选用240mm2, 集电线路二的主干线导线
8、截面需选用185mm2，集电线路三的主干线导线截面需选用120mm2。考虑到风场升压站与电网变电站差异较大，电网变电站在夏季高温时，用电负荷最大，而此时风场往往并不能保证全场风机满发，因此，风场设计应结合实际，采用其回路持续工作载流量来选择导线截面，更符合实际，且能降低造价。参考LGJ型裸铝绞线在室外环境温度为40，导线最高允许温度为70条件下的长期允许载流量，截面为50mm2以上的裸铝绞线即可满足集电线路三的满载负荷，截面为120mm2以上裸铝绞线即可满足集电线路二，截面为150mm2以上裸铝绞线即可满足集电线路三。结合参考该地区目前设计、运行35kV线路和淄博的气象条件，并考虑在满足载流量
9、的同时满足线路对导线应力特性及机械强度的要求，全场集电线路均选用JL/G1A-150/20钢芯铝绞线，降低造价的同时，满足了功能及使用要求。4 杆塔优化设计对于丘陵山地、荒漠平原地区的风电场，场内架空线路直线杆塔一般可采用钢筋混凝土电杆， 终端和转角杆塔可采用国内定型的自立式角钢铁塔或混凝土电杆； 对于海滨、滩涂、河网、泥沼等区域的架空线路，杆塔型式宜采用自立式角钢铁塔；对于少数风电场征地费用高、施工难度大的区域，亦可采用钢管杆型式。该风场集电线路沿线地形分布为100%山地，沿线海拔高度为420-730m，山坡陡峭，山峰之间的高差较大，由于地形条件限制，杆塔在实际使用过程中的水平档距和垂直档距
10、都较大，水泥杆的呼高和设计使用条件有限，不能满足对地安全距离以及线路的安全可靠性；另外，部分塔位位于比较陡的山坡或山脊。在陡峭的山坡上使用水泥杆无法打拉线， 对位于山脊上的杆塔，由于山脊的位置受限，杆塔多立在风电场道路两侧，如果使用水泥杆，拉线会影响道路的正常施工。为了降低线路成本，同时也保证线路的可靠性和可行性，全线选用自立式角钢塔。 根据海拔高度和气象条件，角钢塔按照海拔1000m以下、设计基本风速为30m/s、覆冰10mm，导线型号为LGJ-150/25，地线型号为OPGW进行设计。35kV杆塔跟开较小，杆塔若设计高低腿将增加杆塔重量且基础作用力也会加大，比将基础抬高浪费，因此，角钢塔设
11、计全部采用平腿设计。山区地形起伏大，施工难度大，在确定使用条件时，应根据现场实际情况进行优化。路径的选择及塔型规划直接关系到造价和施工难以程度，风电场的特点就是要综合考虑各风机区域和升压站间的关系，并结合山脉走向，尽量减少架空线路长度，减少塔型数量，结合现有的国网典设、南网典设综合考虑塔型选取。本风场优化后的杆塔平均档距选为200m，计算呼高18m。线路及塔型规划确定后，塔身优化则成为重点。塔身优化主要从以下几个方面进行：（1）铁塔外形的优化，决定铁塔外形的因素包括：塔头布置，塔身主材的坡度，塔身上、下口的宽度，酒杯塔塔头 K 节点位置的确定，横担型式和塔身断面的确定等。（2）铁塔构造方面的优
12、化，包括铁塔构件截面型式的优化和节间塔身腹杆布置的优化等。本风场经过优化后，其技术经济指标为12.2t/km，较初步设计16.0t/km优化了31.15 %。5 基础优化设计杆塔基础设计的优选原则如下：（1）结合工程地形地质特点及运输条件，综合分析比选，选择最适宜的基础型式；（2）在安全、可靠的前提下，尽量做到经济、环保，减少施工对环境的破坏；（3）充分发挥各种基础型式的优点，针对不同塔型的作用力，不同的地形地质条件，选择不同的基础型式；（4）对不良地基，提出特殊的基础型式和处理措施。由于本文所述风电场，其地质条件较好，山上覆盖层厚度仅约12m，基岩为溶蚀白云质灰岩或白云质灰岩，风化程度不严重
13、，地基承载力达到1000kPa以上。因此，基础推荐采用原状土地基，主要为掏挖基础和岩石嵌固基础。掏挖基础充分利用原状土的特性，抗拔抗倾覆能力好；浇制混凝土时不需支模，可缩短施工周期，降低施工费用；土石方量最小，对地形和植被的破坏也最小。岩石嵌固基础充分利用了岩石的剪切强度；挖方量小，施工方便，可以采用人工开凿方式。对环境影响小，对保护塔基环境有利。昆仑风电场架空集电线路钢材及混凝土用量见表3。表3 昆仑风电场架空集电线路钢材及混凝土用量序号名称数量单位1线路长度11.3km2杆塔基数45基3铁塔重量137.2t4基础钢材40.3t5混凝土1056m36平均档距251m7混凝土指标93.5m3/
14、km8钢材指标15.7t/km6 结论近年来，我国风电项目发展迅猛，集电线路作为风电场建设中的重要环节，在设计及施工时应引起重视。架空集电线路作为最节省投资的集电线路，本文以一个48MW的实际风电场工程，分析了架空线路的特点和设计优化方向。并得到了一些有价值的结论，供后续项目参考。（1） 架空线路虽然具有一定的经济优势，但其对自然景观影响较大，且施工难度相对较大。在风景名胜区、地形复杂、覆冰严重区域或工期紧张的工程，适用性受到较大影响。（2） 架空线路导线截面的选择，完全以经济电流密度为依据不合理，应采用回路持续工作载流量来确定，更符合实际，且能降低造价。（3） 杆塔优化和基础优化应遵循一定的
15、原则和条件，本风场优化后单公里经济钢材指标和混凝土指标分别为15.7t/km和93.5m3/km，可供后续项目参考。参考文献：1 GB 50061-2010. 66KV及以下架空电力线路设计规范S.中国计划出版社.中国电力企业联合会.20102DL/T 5154-2002.架空送电线路杆塔结构设计技术规定S. 国家能源局.西南电力设计院.20023DL/T 5219-2005.架空送电线路基础设计技术规定S.国家发展与改革委员会.东北电力设计院.20054牛清华.关于风电场集电线路的优化设计J.水利水电工程设计. 2012 年第31 卷第4 期.36-385潘露.仙居顶风电场集电线路电缆选型及敷设J.电气应用.2010年第29卷第17期.82-846张殿生.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）.M.中国电力出版社.东北电力设计院.2008第一作者详细联系方式：吴艳姣中南电力设计院 新能源工程公司 土建部电话 / Tel：86-(0)27- 手机：电子邮箱：wyj5586地址：中国武汉市民主路668号 邮编：