某200MW光伏电站电气主接线设计核心思路分析

某200MW光伏电站电气主接线设计核心思路分析

杨济敏

深圳康普盾科技股份有限公司广东深圳518000

摘要：随着社会经济的不断发展，人们在生产生活中对于电力资源逐渐有了更高的追求，在能源上的消耗也越来越大，为了贯彻可持续发展理念，需要加强对可再生能源的应用，其中太阳能作为一种清洁能源，在发电站中得到了广泛运用。本文主要介绍了某200MW光伏电站电气主接线设计思路，针对其电气设计原则、防雷接地设计和电气设备的选择进行分析。

关键词：200MW光伏电站；电气设计；电气主接线

近年来我国电力事业发展十分迅速，人们逐渐重视起可持续发展理念，太阳能发电的占比逐渐提升。太阳能发电具有无噪声污染、安全可靠等优势，近年来我国在光伏电站的建设中出台了一系列的政策作为支持，为太阳能发电带来了广阔的前景，相关企业应该抓住机会，加强对光伏电站的建设。在建设光伏电站的过程中，为了提升太阳能的利用效率，保证光伏电站能够稳定输出电能，需要合理设计电气主接线，并加强对光伏电站的运行管理。

一、某200MW光伏电站电气主接线设计原则

某200MW光伏电站的电气设计内容较为复杂，对光伏电站的整体建设发挥着十分重要的作用。光伏发电站按“无人值班”的方式进行设计；整个光伏电站安装1套综合自动化系统，用以实现对光伏发电系统及升压站的全功能综合自动化管理。综合用房办公楼内设置计算机监控系统的主控室。光伏发电系统及110kV升压站合并安装1套综合自动化系统，具有保护、控制、通信、测量等功能，光伏发电系统及110kV升压站系统合并配置系统监控主机，实现光伏厂区及110kV升压站区域的数据监控。其次在电力系统接线中，升压站的电气主接线作为连接各种电气设备的重要构成，发挥着十分重要的作用。变压器接线和高、低压侧接线是升压站电气主接线的主要构成，各侧接线存在较大的差异，具体表现在接线方式、进出线回路数、系统情况等方面的不同。升压站的电气主接线是一种负责对电能进行汇集与分配的通路，又被叫做一次接线。

二、某200MW光伏电站监控系统设计

某200MW光伏电站设置安装一套计算机监控系统，具有保护、测量、控制、通信等功能，同时满足发电公司的监测管理的需要。计算机监控系统分为站控层、间隔层及网络设备。站控层内的主要装置包括计算机系统主机、操作员工作站、远方监控工作站等设备，这些功能设备硬件上各自独立，数据库各自独立，共享站内的所有信息，通过网络设备与间隔层相连；本电站配置2台操作员站兼监控主机（其中1台兼工程师站），1台五防工作站，1台A3网络打印机及1套同步时钟对时系统（主时钟按GPS+北斗双重化配置）。

三、光伏电站电气主接线中的继电保护配置方案

某200MW光伏电站采用微机保护。为110kV出线、110kV主变、35kV集电线路、35kV接地变、35kVSVG、箱式变压器、逆变器等均配置相应的保护。

1、110kV出线保护。光伏电站110kV出线线路配置一套光纤电流差动保护装置保护采用纵联差动主保护，另外再配置接地距离保护、三段式相间距离保护及零序方向电流保护作为线路后备保护。保护装置采用专用光纤通道，110kV线路保护装置组屏1面，布置于光伏电站电子设备间。

2、110kV变压器保护。主变压器配置2套主后合一电量保护及1套非电量保护装置，低压侧配置1台三相操作箱，合并组1面屏，布置于电子设备间。电量保护采用主后合一变压器保护装置，冗余配置，非电量保护单套配置，合并组屏布置于电子设备间。电量保护采用差动主保护，复合电压过流保护、过负荷保护、零序电流间隙电流的后备保护。

3、110kV母线保护。本期光伏电站110kV出线采用线变组出线，不配置母线保护。

4、故障录波装置。某200MW光伏电站配置故障录波器装置1套（采集110kV及主变高低压侧的事故记录信息及35kV侧的事故记录信息）。故障录波装置应有足够的起动元件，在系统发生故障或振荡时能确保可靠起动，同时还应有外部起动接点的接入回路。

5、35kV配电装置保护。35kV馈线保护：装设带有速断、过流（带方向元件）、零序电流等综合保护装置；35kV接地变压器保护：装设速断，过流，过负荷，高低压侧零序过流等保护。35kVSVG保护：装设速断，过流，零序电流等保护（线路保护）。SVG本体保护由SVG成套厂家提供。

6、35kV母线保护。某200MW光伏电站内部35kV侧电气主接线为两段单母线接线，接入系统设计41站为每段单母线配置1套35kV母线保护，共计两套35kV母线保护装置，分别组屏安装。

7、防孤岛保护。某200MW光伏电站内配置了独立的防孤岛保护装置，设置动作时间≤2S，本光伏电站防孤岛保护还与线路保护、重合闸、低电压穿越能力相配合。

四、某200MW光伏电站内通信方案设计

1、行政管理通信。站内配置5部无线对讲机，为运维人员检修、维护及巡视时提供通信联络。

2、通信电源。根据规定要求光伏电站升压站通信电源按双电源配置，配置2套4*20A的高频开关电源，2组300Ah的免维护蓄电池组，2面直流配电柜。

3、通信机房。本光伏电站不再单独设置专用的通信机房，通信设备均安装在各个电子设备间内。

4、防雷接地。站内所有通信设备的接地按联合接地体的原理设计，即各通信设备的工作接地、保护接地共用1组接地装置，接至该升压站总接地网，具体接地设计方案详见电气一次专业相关说明。

5、综合布线系统。为满足光伏电站职工工作、文化娱乐需求，在站内设置1套综合布线系统，包括语音数据网络系统及网络电视系统。

6、对外通信。光伏电站对外语音业务、数据业务、网络电视信号源均由光伏电站和当地通信运营商协商解决，相关租用费用列入本工程概算。

7、过电压保护。根据相关规范需要避免升压站受到过电压和侵入波的影响，损害到设备的正常运行，可以设置氧化锌避雷器，做好在架空线入口、连接处以及电缆、配电装置母线等位置的保护。在该光伏电站中主要配合放电间隙和隔离开关设置，将避雷器设置在主变中性点，并在每台像是变电站的高压侧进行分别设置。

三、光伏电站电气设备选择

根据该光伏电站的实际情况，为了便于工作人员操作，提升电站的运行稳定性，选择了具有显著优势的箱式变电站，并在低压侧和高压侧分别配备1kV框架开关、隔离开关和真空断路器。在设计过程中分别选择Yd11的接线组别和（37±2×2.5%）/0.8kV的升压变电压等级。

在配电装置的选择上，分别有两种形式的220kV配电装置，其中GIS（SF6绝缘金属封闭开关设备）对于设备后期维护的需求相对较小，并且由于设备的运行与外界隔绝，全部位于封闭的SF6室内，因此受到环境影响也相对较小，有利于设备运行的稳定性。这一技术的主要缺陷在于成本相对较高，在进行全方位的比较后更加符合实际需求，因此选择GIS作为220kV配电装置[4]。

35kV配电装置选择接线有两段独立单母线的KYN61-40.5，在设置配电室时，每段母线的高压柜数量为8面，整体高压柜数量为16面。利用小车式真空断路器，并设计电压互感器、电流互感器、避雷器、操动机构、真空断路器作为一次元件，整体上呈现出加强绝缘型结构。在设计相应的电阻柜和35kV占用接地变时，根据实际情况选择容量为800kVA的环氧树脂注干式变压器作为接地变，能够达到400kVA的站用变容量。此外选择阻值为50.5Ω的成套设备作为电阻柜，经过选择后采用优质材料作为电阻丝。

最后应该从接头稳定性、安全性能、电气性能、机械性能等方面选择电力电缆，其中铝合金电缆在这几方面都能表现出和铜芯电缆一致的性能，不仅如此，在降低成本、提升安装便捷性和抗拉性能、弯曲性能、单位重量等方面，铝合金电缆都具备更加显著的优势。当前很多光伏电站为了节约成本，在选择电气电缆时都会采用铝合金材料。

结束语：

为了调整我国能源结构、降低对环境造成的污染、缓解能源供需矛盾，需要加强对可再生资源的开发与利用，其中建设光伏电站具有较为积极的意义。进行装机总容量为200MW的某光伏新能源发电项目的设计研究，主要进行接入系统方案分析，进行电气设计，从而确定光伏组件的选型及运行方式，并通过参数对比确定逆变器的选型；最后进行系统的通信及架空集电线路设计。在设计光伏电站的过程中，应该结合实际情况着重设计电气主接线，选择合适的电气设备能够提升光伏电站的运行效率，有利于进一步促进我国电力行业的可持续发展。

参考文献：

[1]乔丽丽.大型光伏电站电气设计与分析[J].黑龙江科学,2020,11(14):144-145.

[2]奚鑫泽,黄文焘,张尔佳,等.光伏电站直流升压汇集接入系统接地方式分析[J].电源技术,2020,44(07):1027-1031.

[3]赵清松,王世成,张冠峰,等.大型光伏电站并网系统的无功优化配置方案分析[J].东北电力技术,2021,42(10):5-10.

[4]邵巍.浅析20MW光伏发电系统和电气一次设计[J].科学技术创新,2019(02):37-38.

[5]刘培.对基于案例的光伏电站总图设计探讨[J].通讯世界,2019,26(07):237-239.