风电场线路导线截面选择解析Word格式文档下载.docx
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“十二五”期间,我国风电产业仍将持续每年10000兆瓦以上的新增装机速度,风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点,市场前景看好。
目前,我省全省风电装机容量已达87万千瓦,年内将突破100万千瓦大关,2011年投产运营的风电场利用小时名列全国第二,发电效益显著。
据《云南省风电场规划报告(2011年)》查明,全省可开发风电装机达3300万千瓦以上,而目前87万千瓦的风电装机规模,尚不足可开发总规模的3%。
云南还有97%以上的风电资源可开发利用。
云南风电的送出工程也将大力、持续发展。
风力发电场分布在山脉分水岭上,一个风电场一般装机49.5MW,33台风机,单机容量1500~1600kW,最大负荷利用小时数在3000小时以下,一般在1800~2500小时。
往往几个风电场建在一起,共用一个升压站送出。
风电场布置分散,风向多变,线路上的输送负荷要考虑同系数,一般估计在0.80~0.95。
风力发动机采用一机一变单元接线方式,发动机的出口电压一般为620伏,经电缆送至配电箱(变压器),升压至35kV接到35kV集电线路上。
35kV集电线路搜集各风机的电力,走向曲折,转角耐张塔较多。
一般一个风电场有多条集电线路。
集中送到升压站。
升压站再以110~220kV电压的线路送出与大电网联结。
线路的功率因数一般0.90~0.95。
规程规定导线截面应按经济电流密度选择,最大负荷利用小时数在3000小时以下,经济电流密度为1.65安/mm2。
此范围较大,对风电线路最大负荷利用小时数在1800~2500小时的情况还应细化。
根据《电气工程设计手册》上,软导线的经济电流密度数据,35~220kV钢芯铝绞线最大负荷利用小时数与经济电流密度的关系如下表;
最大负荷利用小时数
经济电流密度(A/mm2)
3000
1.65
2500
1.68
2400
1.72
2300
1.75
2200
1.78
2100
1.81
2000
1.85
1900
1.88
1800
1.92
1700
1.94
1600
1.98
导线截面计算公式:
S=P/1.7321/U/J/COSФ
式中
S-导线截面积,mm2;
P-输送功率,kW;
(考虑同时率后)
U-线路额定电压,kV;
J-经济电流密度,按上表取值,A/mm2;
COSФ-0.90~0.95
按以上要求计算可得:
110~220kV风电送出线路,同时率=0.9,经济电流密度1.8时(Tmax=2100),输送功率为:
导线截面(mm2)
输送容量(MW)
35kV
110kV
220kV
95
9.3(170安)
120
11.8(216安)
150
14.7(269安)
46(268安)
185
18.2(334安)
57(332安)
240
23.6(433安)
74(432安)
300
29.5(541安)
92.6(540安)
185.2(540安)
400
123(717安)
247.0(720安)
2×
296.3(864安)
370.0(1078安)
493.8(1440安)
500
注:
表中未计入同时率0.8~0.9系数。
4.1耐热铝合金导线概况
(1)定义
通常在铝中加入镁、硅、铼可以提高铝的强度,这就是铝合金,以此制成铝合金导线,它具有较高的抗拉强度。
在铝合金中再加入锆(Zr),能提高铝合金的再结晶温度,又不会降低其导电率,这就是耐热铝合金材料,以此制成的导线即为耐热铝合金导线。
(2)工作温度与电流
一般钢芯铝线和铝合金绞线的允许温度为70°
C,耐热铝合金导线的工作温度可在90、120、150、210、230°
C。
(严格说150°
C及以上才能称耐热铝合金)。
随着温度的增加,载流量随之增大。
以240/30导线为例:
工作温度℃
70
90
210
230
工作电流安
610
633
820
960
1017
1270
增容率%
100
104
134
157
166
208
可以看出,耐热铝合金导线的增容,最大为2倍。
(3)耐热铝合金的导电率
耐热铝合金导线一般按其导电率分58%IACS和60%IACS分为两种。
(钢芯铝线为64%IACS)IACS为国际标准铜的导电率。
(4)耐热铝合金导线的特性:
a)工作温度在150-230℃,输送容量可提高1.5-2.0倍;
b)工作在200℃以上耐热铝合金导线,由于温度高,采用常规的钢芯弧垂过大,因此采用殷钢(invarsteel)做钢芯,限制了弧垂过大的增长。
殷钢是铁镍合金,膨胀系数为3.7×
10-6,是钢的1/3,铝的1/5,在高温下伸长很小。
因此,采用殷钢作钢芯,导线工作温度在210-230℃时,可以维持低弧垂。
(铝包殷钢芯的耐热导线在210℃时的弧垂,与钢芯铝绞线在90℃时的弧垂接近。
)有较好的抗腐蚀能力。
殷钢芯耐热铝合金导线造价较高。
C)原有线路的铁塔无需进行改造和加固。
但在档距较大、交叉跨越、对地距离较紧的地方,有时还需加塔。
(5)耐热铝合金导线的主要用途:
1)旧线路的增容改造。
在不改变铁塔,不增加线路走廊的情况下,可增加容量50~100%。
2)60%IACS的耐热铝合金导线,也可用于新建线路。
4.2耐热铝合金导线的工作电流
4.3耐热铝合金不同工作温度时的弧垂变化
以LGJ-300/4058%IACS导线为例
弧垂增加温度
率%
档距(m)
40°
70°
90°
110°
120°
150°
200
26.5
43.3
58.8
66.5
87.5
16.4
26.7
36.6
41.3
54.9
11.1
18.2
25.0
28.3
37.8
8.05
13.2
18.1
20.5
27.6
600
6.03
9.91
13.7
15.5
20.9
4.4耐热铝合金导线线路的设计顺序
a)了解旧线路的设计气象条件、导线型号、输送容量;
b)计算改造后需要输送的容量,线电流;
c)根据工作电流,选择某工作温度的耐热铝合金导线;
d)注意金具配套(150℃及以上导线的耐张线夹、接续管需用耐热铝合金导线的配套金具。
)
e)计算线路的电能损耗
f)计算所选工作温度的耐热铝合金导线的力学特性,用最高工作温度的模板在断面图上检查对地距离,提出增加的杆塔数量及相应的材料;
g)编写设计文件。
2)新建线路设计
a)根据输送的工作电流,选择某工作温度的耐热铝合金导线;
b)注意金具配套(150℃及以上导线的耐张线夹、接续管需用耐热铝合金导线的配套金具。
c)计算线路的电能损耗
d)计算所选工作温度的耐热铝合金导线的力学特性,用最高工作温度的模板在断面图上排位;
e)编写设计文件。
附:
综合弹性模量与综合温度膨胀系数的计算
组合导线的E
E=Ecm+αEa/1+α
组合导线的γ(线胀系数)
γ=γcmEcm+αγaEa/Ecm+αEa
式中Ecm-钢的弹性模量;
Ea-铝的弹性模量;
α-铝、钢的截面比;
γcm-钢的温度膨胀系数;
γa-铝的温度膨胀系数。
END