1、超高压交流海上风电场升压站布置设计方法张振,汤翔,毕书奇,李炬添,陆莹,丁志勇(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,广东 广州 ;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆 )摘要:海上风电场建设已成为新能源开发利用的重要形式.海上升压站是海上风电场集电系统的重点组成,其可靠设计对于海上风电场的安全高效运行至关重要.但是,国内海上升压站的运行年限较短,海上升压站的布置设计尚处于起步阶段,完整性、可靠性和安全性尚未经历长期运营的考验.以超高压交流海上升压站为例,考虑海上升压站总体布置配置,开展升压站总体结构布置设计,并综合考虑消防、舾装、暖通、逃生和安全疏散系统的设计,以
2、达到海上升压站设计合理可行、运行安全可靠、维保方便快捷的目标,对我国已规划的沿海海上风电场的升压站设计制造和施工运营具有参考意义.关键词:海上风电场;升压站;布置设计;结构设计中图分类号:TM D O I:/j c n k i d g j s D e s i g nM e t h o do fB o o s t e rS t a t i o nL a y o u t f o rU l t r a h i g hV o l t a g eA CO f f s h o r eW i n dF a r mZ HAN GZ h e n,T AN GX i a n g,B IS h u q i,L I
3、J u t i a n,L UY i n g,D I N GZ h i y o n g(C h i n aE n e r g yE n g i n e e r i n gG r o u pG u a n g d o n gE l e c t r i cP o w e rD e s i g nI n s t i t u t eC o,L t d,G u a n g z h o u ,C h i n a;S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fP o w e rT r a n s m i s s i o nE q u i p m e n t s&S y s t e
4、mS e c u r i t ya n dN e wT e c h n o l o g y,C h o n g q i n gU n i v e r s i t y,C h o n g q i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:O f f s h o r ew i n d f a r mc o n s t r u c t i o nh a sb e c o m e a n i m p o r t a n t f o r mo f n e we n e r g yd e v e l o p m e n t a n du t i l i z a t i o n T h
5、eo f f s h o r eb o o s t e r s t a t i o n i s t h ek e yc o m p o n e n t o f t h ep o w e r c o l l e c t i o ns y s t e mo f t h eo f f s h o r ew i n d f a r m,a n d i t s r e l i a b l ed e s i g ni sv e r y i m p o r t a n t f o r t h e s a f e a n de f f i c i e n t o p e r a t i o no f t h
6、e o f f s h o r ew i n d f a r m H o w e v e r,t h e o p e r a t i n g l i f e o f d o m e s t i co f f s h o r eb o o s t e rs t a t i o n s i s r e l a t i v e l ys h o r t,a n dt h e l a y o u td e s i g no fo f f s h o r eu p l i f t s t a t i o n s i ss t i l l i n i t s i n f a n c y,a n dt h
7、e i n t e g r i t y,r e l i a b i l i t ya n ds a f e t yh a v en o ty e tu n d e r g o n e t h e t e s to f l o n g t e r mo p e r a t i o n T a k i n gt h es u p e rh i g hv o l t a g eA Co f f s h o r eb o o s t e rs t a t i o na sa ne x a m p l e,t h eo v e r a l l s t r u c t u r e l a y o u td
8、 e s i g no f t h eb o o s t e r s t a t i o nw a sc a r r i e do u t c o n s i d e r i n gt h eo v e r a l l l a y o u t c o n f i g u r a t i o no f t h eo f f s h o r eb o o s t e r s t a t i o n C o n s i d e r i n g t h ed e s i g no f f i r ec o n t r o l,o u t f i t t i n g,HVA C,e s c a p ea
9、 n ds a f ee v a c u a t i o ns y s t e m,t h eg o a lo f r e a s o n a b l ea n df e a s i b l ed e s i g n,s a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o n,c o n v e n i e n t a n d f a s tm a i n t e n a n c eo f o f f s h o r eb o o s t e r s t a t i o nw a s r e a c h e d T h i s s t u d yh a s r e
10、 f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r t h ed e s i g n,m a n u f a c t u r i n g,c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no fb o o s t e rs t a t i o n so fp l a n n e dc o a s t a l o f f s h o r ew i n df a r m s i nC h i n a K e yw o r d s:o f f s h o r ew i n df a r m;b o o s t e rs t
11、 a t i o n;l a y o u td e s i g n;s t r u c t u r ed e s i g n收稿日期:引言随着煤炭、石油、天然气等化石能源的大规模开采利用,能源紧缺、环境污染、气候变暖等一系列问题亟待解决.近年来以风能、水能、太阳能等清洁可持续利用的新型能源为核心的能源革命在全世界范围内兴起.全球风能理事会(GWE C)发布的 年全球海上风电报告指出,年中国连续第年成为海上风电新增装机容量最多的国家,海上风电新增装机容量占全球的.我国提出到 年,非化石能源占一次能源消费比重将达到 左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到 k W以上;二氧化碳排放力争于 年前达到峰
12、值,努力争取于 年前实现碳中和.这一系列措施进一步明确了新时代我国能源发展的方向.欧洲海上风电发展较早且较快,海上升压站基本由西门子、A B B等公司垄断,设计建造的海上升压站遍布世界各地.欧洲海上升压站的建设布置经验丰富,包括B a r r o w海上升压站、A l p h aV e n t u s海上升压站、B o r k u m W e s t I I海上升压站、H e l W i nA l p h a海上升压站等在内的各形式海上升压站能够满足不同风场规模发展的要求.我国的海上风电项目建设工作起步晚、发展快,中广核、华能等风电企业已有试验风场、示范项目等陆续开发并投入使用.但总体而言,国
13、内风电企业在建及运行的多个海上升压站运行年限较短,海上升压站的布置设计的完整性、可靠性、安全性尚未经历长期运营的考验.电工技术新能源系统与设备 本文以超高压交流海上升压站的设计为例,考虑海上升压站总体布置配置,开展升压站总体结构布置设计,并综合考虑消防、舾装、暖通、逃生和安全疏散系统的设计,以达到海上升压站设计合理可行、运行安全可靠、维保方便快捷的目标.超高压交流海上升压站布置 海上升压站设计原则交流海上升压站的设计应符合相关法律法规和标准规范的要求,主要的技术与设计规范有:D L/T 风力发电场设计技术规范;G B/T 海上风力发电场设计规范;N B/T 风电场工程 k V k V海上升压变
14、电站设计规范;D L/T 导体和电器选择设计技术规定;N B 风电场设计防火规范;D L/T 高压配电装置设计规范;G B 电力工程电缆设计规范;D L/T k V k V变电站设计技 术 规 程;D L/T 变 电 站 总 布 置 设 计 技 术 规程;G B 火力发电厂与变电站设计防 火 规 范;N B/T 风电场工程电气设计规范.超高压交流海上升压站布置原则海上升压站的总体布置应考虑海上风电场布置规划所处海域的自然条件,选取生产安全性高、施工难度低、环境影响度小、收益最大化的布置方案,以满足安全、消防、清洁的需要,避免海上升压站的易燃可燃物质造成失火风险,尽量避免生活污水、冷却油、固体废
15、弃物等污染物造成环境污染.总图设计布置应依照相关施工规范与法律规定,在发生危险时,满足在保证人员安全的情况下尽可能限制危害程度和范围的要求.设备设施的布置应满足生产作业需求,为操作管理提供方便,避免影响巡检和逃生线路的畅通.应设置检修、维护及运输通道,平台四周设置设备运输走廊,内部设置一字形内走廊,相互连通,保证设备运输及人员疏散.电气设备布置应适应生产的要求,做到设备布局和空间利用紧凑、合理,为施工安装和运行维护创造条件.主要电气设备采用户内布置,主变及高压电抗器的散热部件采用户外布置.变压器及其对应的中低压设备分两个区域独立设置,避免相互间的影响,物理分隔提高系统运行的可靠性,缩短各设备间
16、的电气连接(电缆),尽量避免交叉.空间高度要求高的设备,如G I S以及变压器,考虑布置在二层平台,上方设置吊装孔位置,方便吊装检修;空间高度要求较低而尺寸较大的设备,如柴油机等,考虑布置在三层平台,上方设置吊装孔位置,方便吊装检修;小型设备,如开关柜等,在对应平台层考虑检修通道,可通过甲板吊装区吊装到各层,通过检修通道运输到各设备房间.消防设备考虑漏水等不利因素,布置在二层平台,下方避免设置电气设备房间.为保障超高压交流海上升压站平台的持续安全运行,平台应设置滑轨、起吊设备、卸货平台等机械装置,预留足量空间和通道,以满足维护、检修、事故处理、设备更新的需求.海上升压站各层设备布置方法 各层布置规划海上升压站受限于整体运输尺寸,平面不能太大,故考虑共设置层.底层为电缆层,高中压海缆穿海缆保护管引上至本层后,采用电缆桥架和支吊架敷设至高中压设备;主变高中压电缆均敷设于本层;考虑高中压海缆的弯曲半径,同时考虑引上二层时钢梁的影响及封堵的需求,底层高度按 m考虑.二层布置重的设备,降低整个升压站的重心;布置空间高度要求高的设备,降低整个升压站的高度;考虑设备的高度、门的高度、门上方桥架和暖通