大庙镇600KW光伏电站10kV升压站接入发案.doc

大庙镇600KW光伏电站10kV升压站接入发案

6.1编制依据 39
6.2电气一次设计 39
6.2.1光伏并网电站接入电力系统的方式 39
6.2.2 电气主接线 40
6.2.3主要电气设备选择 41
6.2.5过电压保护及接地 47
6.2.7电缆敷设与防火 49
6.2.8电气设备布置 49
6.2.9主要电气设备表 50
6.3电气二次设计 54
6.3.1电站的综合自动化系统 54
6.3.2计算机监控系统 54
6.3.3系统继电保护 57
6.3.4调度自动化 58
6.3.5直流及UPS电源系统 60
6.3.6视频安防系统 60
6.3.7火灾自动报警系统 60
6.3.8环境监测系统 61
6.3.9电气二次设备布置 61
6.3.10电气二次设备 61

6.1编制依据
项目设计遵循以下标准、规范：
《高压/低压预装箱式变电站选用导则》（DL/T 537-2002）
《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T 5222-2005）
《电能量计量系统设计技术规程》（DL/T 5202-2004）
《电测量及电能计量装置设计技术规程》（DL/T 5137-2001）
《电力系统调度自动化设计技术规程》（DL5003-2005）
《电测量及电能计量装置设计技术规程》（DL/T 5137-2001）
《电网调度管理条例》（中华人民共和国国务院令第115号）
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T 14285-2006）
《电力工程电缆设计规范》（GB 50217-2007）
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T 50062-2008）
《光伏系统并网技术要求》（GB/T 19939-2005）
《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GB/T 19964-2012）
《电力设施抗震设计规范》（GB50260-2013）
《3~110kV高压配电装置设计规范》（GB50060-2008）
《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）
《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）
6.2电气一次设计
6.2.1光伏并网电站接入电力系统的方式
根据并网光伏电站的建设规模及滁州地区的电网现状，初步确定在场内建设1座10kV开关站，送入距本开关站附近的10kV电网。本光伏电站最终接入系统方案以接入系统专题报告的审查意见为准。
光伏电站工程接入电力系统方式如下：光伏组件以9路0.38kV集电线路接入本项目新建的10kV开关站的10kV段母线。
6.2.2 电气主接线
本期工程装机容量为540KWp，拟将每0.25kWp太阳能电池与一台单机容量为60kW的逆变器组成一个光伏发电单元，每个光伏发电单元经60kW逆变器将直流电转换为低压交流电，9个光伏发电单元合用1台双分裂箱式升压变压器，电压比为0.38/10kV。
6.2.2.1光伏电场电气主接线
（1）逆变器与箱式变的组合方式
箱式变采用型号为ZGS11-500/10kV的预装箱式升压变压器（变比为：11±2x2.5%/（0.38）kV），双分裂变压器低压侧各接一台600kW逆变器。每台 60kW 逆变器设一个直流配电单元，每个直流配电单元设12个回路，其中每个汇流箱各接入12个光伏组件回路。ZGS11-500/11/2×0.38kV变压器低压侧、逆变器直流侧接线方式见下图。

图 6.1 ZGS11-500/11/2×0.38kV变压器 0.38kV侧接线图
6.2.3主要电气设备选择
由于现阶段本光伏电站接入系统设计尚未最终完成，本阶段未能开展短路电流计算，电站10kV电气设备的三相短路电流水平参数暂按31.5kA 进行电气设备选型，待接入系统审批以后，进行短路电流计算之后，再进行修正。
（1）10kV高压开关柜
型式：10kV铠装移开式交流金属封闭开关设备
型号：KYN61B-40.5
额定工作电压：40.5kV
额定工作电流：出线1250A；馈线630A
额定短路开断电流（有效值）：31.5kA
额定短路关合电流（峰值）：80kA
额定动稳定电流（峰值）：80kA
4s热稳定电流（有效值）：31.5kA
外壳防护等级：IP3X
a）断路器
型号：VJ35-40.5
额定电压：40.5 kV
雷电冲击耐压（全波s）：185kV
1min工频耐压：95kV
额定电流：出线1250A；馈线630A
额定短路开断电流：31.5 kA
额定短路关合电流（峰值）：80kA
额定动稳定电流（峰值）：80kA
额定短时耐受电流/时间：31.5kA/4S
固有分闸时间：≤0.07
合闸时间：操作机构≤0.2
操作循环：O-0.3s-CO-180s-CO
机械寿命：30000次
b）电流互感器
型号：LZZBJ9-35kV
额定电压：35kV
额定频率：50HZ
次级组合：0.2S/0.5/10P30/10P30/10P30、0.2S/0.5/10P30/10P30，
变比组合：50A、300A、600A、800A、1000A /1A
c）避雷器
型号：HY5W-51/134
额定电压（有效值）：51kV
系统标称电压（有效值）：40.5kV
持续运行电压有效值：40.8kV
直流1mA参考电压不小于：73kV
雷电冲击电流残压峰值： 134kV
（2）箱式变
为了使户外变压器安全可靠地运行和安装施工的简便，本光伏电场选用具有运行灵活、操作方便、免维修、价格性能比优越等优点的美式箱式变压器。容量及电压等级为：600kVA，11±2×2.5%/0.38kV，接线组别为D，yn11。美式箱变可将变压器器身、开关设备、熔断器等设备均安装在同一密闭的油箱内与外界环境完全隔离，不受外部环境的影响。其操作部分在高压室进行。箱变安装在地面基座上，电缆从基座的开孔进出高低压室。
A．箱内变压器
箱内变压器选用油浸式三相双卷自冷式升压变压器，其主要参数如下：
型号：ZGS11－1000/36.5
数量：20台
额定电压
高压侧：11kV
低压侧：0.38kV
短路阻抗：Ud%=6.5
无载调压：11±2×2.5%/0.38kV
联接组标号：D，yn11
B．11kV负荷开关
为了节省投资，箱式变压器11kV高压侧装设熔断器和负荷开关，负荷开关采用进口设备，具有快速弹簧操作机构，用于终端型变压器。负荷开关浸在变压器油里，采用绝缘操作杆来操作负荷开关，可免维护。
C．11kV熔断器
每台箱式变的高压侧装有3只插入式全范围保护熔断器，作为箱变过载和短路故障的保护元件。熔断器浸在变压器油里，采用绝缘操作杆钩住熔断器操作孔拉出熔断器管或插入熔断器管。
D．低压主进线断路器
该元件为耐低温CW2抽出式开关（有低温试验报告），其技术特性应符合GB要求。
额定电压：380V
额定电流：2000A
额定短时耐受电流/时间：42kA/1S
低压断路器可实现速断、单相接地等保护功能，并有远传接点。低压断路器分合状态应有信号上传。
低压断路器脱扣线圈预留3个控制接点。最低允许工作温度-40℃低压侧配置两个小型配电箱，一个内置7只微型断路器（K100A一只；K50A一只；K16A三只；K10A两只），2只插座，并预留扩展空间。逆变器及箱变检修、照明、加热电源由此引出。另一个内置1只CM3塑壳断路器。照明检修变压器安装在低压室内。
（3）11kV无功补偿成套装置
根据无功功率分层分区平衡的原则，无功补偿的目标是使开关站一次侧功率因数达到1.0左右。由于光伏逆变器功率因数达0.99，且具有超前0.95～滞后0.95的功率因数调节能力，电能质量满足国家电网要求。所以本电站的无功补偿主要集中在开关站及11kV箱式变压器上。为了补偿变压器的无功损耗，减少线路的功率损耗，降低线路的电压损失，应遵循无功补偿的原则进行无功补偿。本阶段考虑在电站内11kV侧装设动态无功补偿装置。根据光伏电站接入系统推荐方案，大中型光伏电站应配置无功电压控制系统，具备无功功率及电压控制能力。根据电力调度部门指令，光伏电站自动调节其发出(或吸收)的无功功率，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。
注：含配套的氧化锌避雷器、电抗器、围栏、含无功补偿装置、控制保护柜、电容器组等。

6.1 消弧线圈补偿容量计算表
电缆/架空线路总长度
电容电流IC
需补偿总容量Q
4/3km
12.6>10A
380kVA
本工程暂考虑设置1套容量为600kVA的接地变及消弧线圈成套装置，其中消弧线圈容量取值为380kVA，最终容量根据施工图的最终阵列布置及电缆长度确定。
6.2.5过电压保护及接地
6.2.5.1过电压保护
本电站的过电压保护及绝缘配合设计按DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准规范进行。
（1）防直击雷保护
1）光伏阵列防雷
根据计算，10米高的避雷针，单针防护半径只有15米，两针之间的防雷间距也不足200米，大面积防护，须采用网点结构，布建多座避雷塔。显然，因其遮挡太阳辐射而不适宜用与光伏阵列的防雷。
而阵列支架本身就是金属导体，只要注意突出部位，并将支架良好接地，即可达到防雷效果。因而，大型光伏电站光伏阵列防雷宜采用此种方式。
2）开关站防雷
（1）直击雷保护及接地
为了保证人身和设备的安全，门型构架上设置避雷器进行直击雷保护，采用在建筑屋顶设热镀锌钢带的方式进行直击雷保护，开关站内敷设以水平接地体为主，辅以垂直接地极的人工接地网，并充分利用土建金属基础钢筋作为自然接地体，接地网外缘闭合，开关站内所有电气设备均应接地，主接地网敷设于冻土层以下，接地网接地电阻满足DL/T621《交流电气装置的接地》要求，并将接触电势和跨步电势均限制在安全值以内。
（2）过电压保护及绝缘配合原则
为防止线路侵入波雷电压，在10kV母线上安装有氧化锌避雷器，满足《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620）规范要求。
6.2.5.2接地系统
本工程接地系统的设计应能适用于机械和电气设备的工作接地、保护接地和防雷接地的要求，并满足《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065-2011标准要求，保证跨步电压和接触电势低于最低安全水平或人身安全水平，并且在一切电气故障情况下都将整个工程设施内的电位升高降至安全范围内，避免高电位引出场外及设备损坏和人身伤亡事故。
本工程接地系统主要包括以下部分：
1）10kV开关站接地网
本光伏发电站，对保护接地、工作接地和过电压保护接地采用一个总的接地网。其接地装置的接地电阻值要求不大于0.5Ω。接地网采用人工接地极和自然接地极相结合的接地方式。
根据《交流电气装置的接地》的要求，10kV开关站按复合接地网设计，水平接地体按网状布置，兼做升压变压器均压带，水平接地采用-60×8mm扁钢，垂直接地体为L=2500mm的∠63×63×6.3镀锌角钢。水平接地体埋深在冻土层以下。
所有电气设备、钢筋混凝土构架及设备支架和设备基础、网状围栏均单独、可靠地与主接地网连接。实测接地电阻，满足接地规程要求，若不满足要求，采用接地模块或增加接地网面积。
变压器四周与道路相邻处，设置与主网相连接的均压带。
接于本接地网的避雷器、避雷针区域，均应设置适当数量的垂直接地极以加强泄流。
2）光伏方阵接地
光伏阵列区域敷设用人工接地网：采用60×8mm热镀锌扁钢作为水平接地体，垂直接地体为L=2500mm的∠63×63×6.3镀锌角钢，并与水平敷设的扁钢焊接连贯通。每个阵列的支架均用60×8mm镀锌扁钢与主接地网焊接成一体。
6.2.7电缆敷设与防火
电缆构筑物中电缆引至电气柜、盘或控制屏的开孔部位，电缆穿墙、楼板的孔洞处，均应设防火封堵。电缆沟道分支处、进配电室、控制室入口均应设置防火封堵。

6.3电气二次设计
6.3.1电站的综合自动化系统
计算机监控范围有：l0kV断路器、逆变器室、UPS系统、直流系统等。监视内容包括电流、电压、有功、无功、频率，各断路器分、合位置，各保护装置、自动装置的工作及动作状态等。
计算机监控系统需要监控的信号如下：
逆变器的运行信号，主要包括：
1)直流电压
2)直流电流
3)直流功率
4)交流电压
5)交流电流
6)逆变器机内温度
7)时钟
8)频率
9)功率因数
10)当前发电功率
11)日发电量
12)累计发电量
13)累计C02减排量
14)每天发电功率曲线图
逆变器的故障信息
1)电网电压过高
2)电网电压过低
3)电网频率过高
4)电网频率过低
5)直流电压过高
6)直流电压过低
7)逆变器过载
8)逆变器过热
9)逆变器短路
10)散热器过热
11)逆变器孤岛
12)故障
其他设备上也应有的必要运行状态和!故障信号
1)光伏电站总有功功率和无功功率；
2)光伏电站风速、风向、环境温度、总辐射、直接辐射和散射辐射；
3)远方监控通道故障信号；
4)直流系统故障信号和交流不停电电源故障信号；
5)故障录波器故障信号。
本电站采用计算机监控系统，运行需要的监视信号均由相应的兀件输入计算机控制系统，不再设独立的中央音响系统，各类信号全部送入计算机监控系统。由计算机显示实时状态信号并根据需要发出声、光报警信号。
远动功能由监控系统站控层远动工作站完成。计算机监控系统间隔层测控装置采集变电站和调度端需要的信息，通过监控系统远动工作站向调度中心传送远动及运行信息，远动工作站组屏置于二次设备间；光伏电站与电力调度系统的关系及远动通道的选择由接入系统设计确定。
6.3.3系统继电保护
（1）保护装置的选型与集成电路型模拟式保护相比，微机保护装置功能齐全、运行灵活、可靠性高、抗干扰能力强、具备自检功能、价格适中、且能方便地与电站计算机监控系统接口的优点，结合本电站自动化水平的要求，本电站采用微机型继电保护装置。
（2）保护配置方案
根据GB50062-92《电力装置的继电保护和自动化装置设计规范》以及GB14258-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，本电站保护配置如下：
1）10kV送出线保护根据接入系统要求配置光纤差动保护。
2）10kV电源进线保护进线设速断保护作为主保护，过流保护作为后备保护，动作于跳闸。
6.3.4.1远动系统
本工程远动信息内容按遥测、遥信配置，具体配置内容待初步设计阶段予以明确。
6.3.4.2电能计量
本专业考虑在光伏开关站配置1套电能量远方终端，用于完成电站关口计量点及考核点的电能信息采集、处理，并向滁州地调电能计量中心传送信息。本工程关口计量点考虑设在35kV进线侧，本光伏电站35kV出线侧作为关口计量校核侧，计量表均按1+1配置，计量表计精度：有功0.2S级，无功2.0级；其他均作为计量考核侧考虑，计量表计按1+0配置。
计量用电压互感器精度为0.2级，电流互感器精度为0.2S级。
6.3.4.3电能质量监测装置
为监测光伏电站输入电网的电能质量情况，本期工程配置1套电能质量监测装置，其设备选型由当地供电部门认可，装置能检测系统电压、频率、三相不平衡度、谐波、闪变、间谐波、谐波功率等电能质量参数。
6.3.4.4调度数据网
为满足光伏电站及开关站远动系统、电能量计量系统、保护及故障信息远传等通过电力调度数据专网与调度端通信的要求，本工程配置1套数据网接入设备（包括路由器、交换机等），接入设备应与电力调度数据专网设备型号相一致。另配置一套综合数据网设备。
6.3.4.5二次安防设备
根据《电力二次系统安全防护规定》，本开关站设置1套二次系统防护设备，以保障电力监控系统和电力调度数据网络的安全。
6.3.4.6光功率预测
本工程安装1套光伏功率预测系统，可实现同省调相关系统的实时数据通信。光伏功率预测系统运行所需要的数据至少应包括天气预报数据、实时气象数据、实时功率数据、运行状态、计划检修数据等。光伏电站的功率预测与主站之间具备定时自动和手动启动传输功能。光伏电站的功率预测系统需要提供短期预测(当口预测)和超短期预测。
6.3.4.7光功率控制
光伏电站有功功率、无功功率控制调节由监控系统配合逆变器系统完成。光伏电站配置一台自动发电控制(AGC)装置，该装置通过综合通信管理终端取得中调下发的AGC指令后，经优化计算得出单台逆变器的有功功率目标值，发送给光伏监控系统，实现AGC闭环控制功能。
本工程在光伏电站配置一台自动电压控制(AVC)装置，该装置通过综合通信管理终端取得中调下发的AVC指令后，与实时监测的并网点电压比较，经过计算得出调控目标设定值，对无功补偿装置、逆变器、有载调压变压器进行统一协调控制，使并网点电压达到要求，实现并网点电压和无功功率的自动调控，合理协调和优化无功分布，保证电网安全稳定运行、提高电压质量、减少有功损耗。
6.3.5直流及UPS电源系统
6.3.5.1直流电源系统
根据《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T5044-2004的要求，光伏电站开关站设置独立的220V直流电源系统，直流系统采用单母线接线方式，为电气设备的控制、测量、保护、信号及UPS电源装置供电，供电网络采用辐射状供电方式。
直流系统包括蓄电池组、充电器、直流馈线屏等。按终期规模配置1组200Ah阀控式铅酸免维护蓄电池；配置1套高频开关型充电装置，配置监控单元对交流配电、整流模块、直流馈电等实现就地及远端监控；直流系统还配有微机直流绝缘检测装置、蓄电池巡检仪等设备。
6.3.5.2UPS电源系统
为保证布置开关站内的监控系统、电能计量系统、火灾报警系统、通信系统等设备供电的可靠性，本工程设置1套交流不停电电源装置（UPS）。UPS采用静态整流逆变装置，容量拟定为5kVA，正常时由站用交流电供电，当站用交流电失电时，由站内220V直流电逆变为交流220V输出。UPS机柜布置在二次室内，输出的配电馈线采用辐射状供电方式。
6.3.6视频安防系统
本工程设置一套安保系统，实现对电站主要电气设备，光伏方阵、进站通道等现场的视频监视，系统主要配置监控主机、数字硬盘录像机、前置摄像机及相关附件。
安全防范系统包括：视频监视和报警两部分功能。系统应采用基于数字技术、结构化设计的设备，便于安装，具有环境适应性强，视场角大、使用寿命长、抗干扰能力强的特点。现场的设备免维护，可直接用水冲洗。
主控室运行人员可至少在主控室监视器上同时监视多幅现场画面，其画面能根据需方要求在监视器上进行分割和切换。
6.3.7火灾自动报警系统
本光伏电站火灾报警及消防控制系统根据国标《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116—2008)要求进行设计。
本工程不单设消防控制室，火灾报警控制盘设置在主控室内。具有联动控制功能，当发生火灾时切断非消防电源。主控室设手动报警按钮、声光报警器、感烟探测器等。配电装置室：设手动报警按钮、声光报警器、感烟探测器等。
由于逆变器室布置位置分散，暂不考虑设置自动报警装置。最终以消防部门审批意见为准。
6.3.8环境监测系统
太阳能辐射、环境温度、风速等环境数据是决定太阳能发电的重要指标，也是进行光伏发电技术研究的基础数据。本工程在太阳能光伏发电场内配置一套环境监测仪，实时监测口照强度、风速、风向、温度等参数。
该装置由风速传感器、风向传感器、口照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其通讯接口可接入计算机监控系统，实时记录环境数据。
该装置安装在主控楼屋顶。
6.3.9电气二次设备布置
二次组屏、直流屏、UPS电源屏、通信屏等集中布置在二次保护室内，室内铺设陶瓷防静电活动地板，二次控制电缆满足即插即用。开关站微机监控系统、运行管理系统、视频安防系统和微机五防系统布置在主控室内。

6.3.10电气二次设备
表6.4主要电气二次设备清单
三
二次部分

1
公用测控屏
小接地选线装置1套，公用测控单元1套。
面
1

2
远动屏
1）通讯管理机1台，2）GPS同步卫星对时装置，3）调制解调器2台， 4）通道隔离器2台，5）工业用以太网交换机2台，6)规约转换器3台7）远动终端，8）柜体及附件
面
1

3
35kV线路光纤差动保护屏
35kV线路光纤差动保护测控装置1台，
面
1

4
35kV线路、电容器、所用变、接地保护测控装置
包含4个线路保护测控单元，1个接地变保护测控单元，1个所用变保护测控单元，1个电容器保护测控单元

5
电力调度数据网络屏
接入路由器1台，接入交换机2台，纵向认证装置353台，电能量远方终端1台，地调端接口设备，电量质量在线监测装置
面
2

6
有功、无功功率测控系统
服务器（有功、无功功率测控系统、光伏电站功率预测系统）
面
1

7
频率电压紧急控制屏
频率电压紧急控制装置
面
1

8
智能型电度表屏
2块电子电能计量表电能量采集装置7块电子电能计量表
面
1
就地安装于对应开关柜上
9
UPS逆变电源屏
UPS逆变电源装置2x3kVA
面
1

10
高频开关直流电流屏
100Ah，220V，由2面屏组成；蓄电池屏1面；充电馈线柜1面
面
2

11
电脑操作台
3个工作位
套
1

12
火灾报警控制系统
JB-QB-6800/32DB
套
1

13
视频监控系统
监控系统，球型彩色摄像机64个预置点
套
1

14
微机防误闭锁装置
含微机防误闭锁功能，包含全所锁具，配后台显示，系统PIV2.8GDELL主机彩显、打印机
套
1

15
故障录波屏
故障录波装置1台（模拟量96路，其中电流量48路，电压量24路，开关量128路）
面
1

16
35kV母差保护屏

面
1

17
通信屏
其中：SDH光传输设备1台PCM设备1台
面
1

数字程控调度机1台
面
1

综合配线1套
面
1

通讯电源：-48V/90A/100Ah
面
2

18
光伏电站微机监控系统
网络设备1套监控软件1套
套
1

19
逆功率解列装置

套
1

四
环境检测系统
1
环境检测仪
太阳辐射、风速、风向、环境温度、组件温度测试
套
1

五
接地部分
1
热镀锌接地扁钢
60×8
km
50

2
镀锌钢管
Φ50×5，L=2.5m
根
250

3
等离子接地体
L=2.5M
根
50

六
控制电缆

1
控制电缆
KVVP2-4x1.5
米
1500

KVVP2-7x1.5
米
1000

KVVP2-4×4
米
1000

KVVP2-7×4
米
500

KVVP2-10×1.5
米
500