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2022-01-11

地面光伏电站中高压一次设备全解

大型地面电站由于占地面积的原因,适合新建的地方通常是距离城市较远的旷野甚至荒漠。所以发出来的电需要经过升压,长途运输才能送到使用者的手里。随着大型光伏地面电站进入大规模应用阶段,从逆变器到110kV220kV送出的过程,离不开一系列的升压、保护、测量、监控等中高压一次设备的配套保障。


同时,在光伏组件功率及子阵的逐步增大,容配比扩大的情况下,对中高压电器的多样化需求,稳定性需求也在逐步的提升。下面基于常见的3.15MW子阵的设计方案对所涉及的中高压元件、设备进行详细介绍:


35kV箱式变压器


箱变通常分为欧式箱变和美式箱变,一般在人员较多,考虑美观性及安全性等方便时采用欧式箱变,造价偏高。而当环境较偏僻时,可选用美变。


美变具有结构紧凑,成本较低。从结构及元件上来看,美变通常采用插入式熔丝,后备熔丝+负荷开关组成,变压器多为油变;而欧式箱变通常采用SF6负荷开关+熔断器组合电器,并且支持环网供电和终端型,变压器多为干变。此处的干变和油变主要区别在于绝缘介质,干变通常是由环氧树脂等作为绝缘介质,油变则是采用变压器油作为绝缘介质。根据光伏项目的特点目前常用的是美式箱变。


箱变内的元件:


熔断器:通常采用XRNT型熔断器,在过电流或短路时,熔断器熔断,内部弹簧跳开,撞针会通过相关机械连锁,使得负荷开关跳闸。当然,我们在其他场合可能会看到使用断路器的保护方式,熔断器的保护相较于断路器特点是速度快,在故障时可短时间切除,保护变压器。通常短路可以做到20ms以内开断,而中压负荷开关通常需要100ms左右的分闸时间,断路器则大概在40~80ms。所以,熔断器更适合用于执行短路保护。


负荷开关:根据绝缘介质的区别,通常分为空气型、SF6绝缘型。不管哪种,负荷开关的工作仅可以开断额定电流范围内的电流。比如630A的负荷开关,在额定电压下,开断电流不可大于630A。通常需要和熔断器组合使用,实现全面的保护。


空气型负荷开关


全绝缘环网柜及C-GIS在传统配网中为了提供供电可靠性的配电设备,使供电网连接成环形,形成环网供电。具有结构简单,体积小,价格低等特点。凭借带电件全密封在SF6气体中的结构优势,也逐步在恶劣环境及出口集装箱式变压器保护回路中得到大量应用。该柜体的采用可以使方案变得更加灵活。



全绝缘环网柜的结构紧凑,有搭配熔断器组合电器的方案(比如F单元)。可用作光伏电站内的变压器高压侧保护柜。动作原理依然是在过电流时,熔断器熔断后撞针推动负荷开关机构分闸,同时使得线路接地开关接地,保证线路安全。


35kV开关柜


经过35kV箱变后,几个子阵的电流经过集电线路,汇集成一路大电流汇集至35kV配电室内的开关柜,通常型号为KYN61-40.5。根据项目规模,几路电源进线经过断路器后汇集至35kV开关柜主母线,再由35kV主母线直接连接至主变压器。这一组柜子中,通常根据不同的功能又分为电源进线,PT柜,主变进线柜,接地变,和SVG线路保护柜等。下面就根据不同类型的柜子特点分别作结构介绍:


电源进线柜:主要由断路器,电流互感器,带电显示器,避雷器,接地开关,零序电流互感器等构成。同时在内部分成4个独立的隔室,保证某一隔室在发生故障时不会窜入其他隔室。断路器采用手车式设计,在停电检修时拉出断路器手车,活门关闭,形成可见的隔离断口,保证人员安全。作为光伏电源进线柜时,通常额定电流不超过630A。该柜型标准方案目前最大可支持3150A,短路开断电流31.5kA,基本满足绝大多数光伏电站的并网需求。


光伏电源进线柜内部结构


配套的手车式断路器


母设柜:主要提供了线路的电压信号,包括计量级、测量级及开口三角电压。手车可采用隔离手车或熔断器手车,PT的接法及参数推荐值为35/√3/0.1/√3/0.1/√3/0.1/3kV


接地变:因为35kV电网通常为中性点不接地系统,接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻,接地电阻通常很小。用于引出中性点以连接消弧线圈,当系统发生接地故障时,对正序负序电流呈高阻抗,对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作。除了可带消弧线圈外,也可带二次负载,代替站用变。


主变进线柜:通常采用架空出线的方案,通过母线桥与配电室外的主变压器相连。元件及组成与光伏电源进线柜差异不大。


110kV主变压器


有损耗低、温升低、噪声低,局放低,抗短路能力强等特点。


储油柜通常选用胶囊密封或金属波纹膨胀式密封机构,使得内部的变压器油与外界空气完全隔离,保证了油箱焊缝不渗漏油。



GIS或AIS


GIS (Gas-insulated switchgear),即气体绝缘金属封闭开关设备。当然我们在传统电网中也会见到AISAir-insulated switchgear),即空气绝缘开关设备。GIS因使用了SF6作为绝缘介质,三相共筒式,可是占地面积大大减少,同时施工工期短,各个元件通用性强,采用积木式结构。因占地面积也是光伏电站的重要考量因素,所以在高压设备的选择上,大部分电站业主客户更倾向于使用GIS来作为送出保护。


在电气组成上,各个间隔也含有三工位隔离接地开关,断路器,快速接地开关,检修接地开关等多个回路保护器件。通常GIS的汇控柜安装于室内,用于一次设备本体的控制。包括电网出口计量的相关信号也均可从汇控柜内获得。



上述可以看出,现有传统电力设备也基本上满足了光伏电站的需求。但随着光伏行业的迅速发展,越来越多的电力设备创新也会投入到光伏市场中。

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