地面光伏電站中高壓設(shè)備全面解說(shuō)

大型地面電站由于占地面積的原因，適合新建的地方通常是距離城市較遠(yuǎn)的曠野甚至荒漠。所以發(fā)出來(lái)的電需要經(jīng)過(guò)升壓，長(zhǎng)途運(yùn)輸才能送到使用者的手里。隨著大型光伏地面電站進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，從逆變器到110kV或220kV送出的過(guò)程，離不開(kāi)一系列的升壓、保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)控等中高壓一次設(shè)備的配套保障。

同時(shí)，在光伏組件功率及子陣的逐步增大，容配比擴(kuò)大的情況下，對(duì)中高壓電器的多樣化需求，穩(wěn)定性需求也在逐步的提升。下面基于常見(jiàn)的3．15MW子陣的設(shè)計(jì)方案對(duì)所涉及的中高壓元件、設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹

35kV箱式變壓器

箱變通常分為歐式箱變和美式箱變，一般在人員較多，考慮美觀性及安全性等方便時(shí)采用歐式箱變，造價(jià)偏高。而當(dāng)環(huán)境較偏僻時(shí)，可選用美變。

美變具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低。從結(jié)構(gòu)及元件上來(lái)看，美變通常采用插入式熔絲，后備熔絲＋負(fù)荷開(kāi)關(guān)組成，變壓器多為油變；而歐式箱變通常采用SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)＋熔斷器組合電器，并且支持環(huán)網(wǎng)供電和終端型，變壓器多為干變。此處的干變和油變主要區(qū)別在于絕緣介質(zhì)，干變通常是由環(huán)氧樹脂等作為絕緣介質(zhì)，油變則是采用變壓器油作為絕緣介質(zhì)。根據(jù)光伏項(xiàng)目的特點(diǎn)目前常用的是美式箱變。

箱變內(nèi)的元件

熔斷器通常采用XRNT型熔斷器，在過(guò)電流或短路時(shí)，熔斷器熔斷，內(nèi)部彈簧跳開(kāi)，撞針會(huì)通過(guò)相關(guān)機(jī)械連鎖，使得負(fù)荷開(kāi)關(guān)跳閘。當(dāng)然，我們?cè)谄渌麍?chǎng)合可能會(huì)看到使用斷路器的保護(hù)方式，熔斷器的保護(hù)相較于斷路器特點(diǎn)是速度快，在故障時(shí)可短時(shí)間切除，保護(hù)變壓器。通常短路可以做到20ms以內(nèi)開(kāi)斷，而中壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)通常需要100ms左右的分閘時(shí)間，斷路器則大概在40～80ms。所以，熔斷器更適合用于執(zhí)行短路保護(hù)。

負(fù)荷開(kāi)關(guān)根據(jù)絕緣介質(zhì)的區(qū)別，通常分為空氣型、SF6絕緣型。不管哪種，負(fù)荷開(kāi)關(guān)的工作僅可以開(kāi)斷額定電流范圍內(nèi)的電流。比如630A的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，在額定電壓下，開(kāi)斷電流不可大于630A。通常需要和熔斷器組合使用，實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)。

空氣型負(fù)荷開(kāi)關(guān)

全絕緣環(huán)網(wǎng)柜及C－GIS在傳統(tǒng)配網(wǎng)中為了提供供電可靠性的配電設(shè)備，使供電網(wǎng)連接成環(huán)形，形成環(huán)網(wǎng)供電。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，價(jià)格低等特點(diǎn)。憑借帶電件全密封在SF6氣體中的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，也逐步在惡劣環(huán)境及出口集裝箱式變壓器保護(hù)回路中得到大量應(yīng)用。該柜體的采用可以使方案變得更加靈活。

全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)緊湊，有搭配熔斷器組合電器的方案（比如F單元）?？捎米鞴夥娬緝?nèi)的變壓器高壓側(cè)保護(hù)柜。動(dòng)作原理依然是在過(guò)電流時(shí)，熔斷器熔斷后撞針推動(dòng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)分閘，同時(shí)使得線路接地開(kāi)關(guān)接地，保證線路安全。

35kV開(kāi)關(guān)柜

經(jīng)過(guò)35kV箱變后，幾個(gè)子陣的電流經(jīng)過(guò)集電線路，匯集成一路大電流匯集至35kV配電室內(nèi)的開(kāi)關(guān)柜，通常型號(hào)為KYN61－40．5。根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模，幾路電源進(jìn)線經(jīng)過(guò)斷路器后匯集至35kV開(kāi)關(guān)柜主母線，再由35kV主母線直接連接至主變壓器。這一組柜子中，通常根據(jù)不同的功能又分為電源進(jìn)線，PT柜，主變進(jìn)線柜，接地變，和SVG線路保護(hù)柜等。下面就根據(jù)不同類型的柜子特點(diǎn)分別作結(jié)構(gòu)介紹

電源進(jìn)線柜主要由斷路器，電流互感器，帶電顯示器，避雷器，接地開(kāi)關(guān)，零序電流互感器等構(gòu)成。同時(shí)在內(nèi)部分成4個(gè)獨(dú)立的隔室，保證某一隔室在發(fā)生故障時(shí)不會(huì)竄入其他隔室。斷路器采用手車式設(shè)計(jì)，在停電檢修時(shí)拉出斷路器手車，活門關(guān)閉，形成可見(jiàn)的隔離斷口，保證人員安全。作為光伏電源進(jìn)線柜時(shí)，通常額定電流不超過(guò)630A。該柜型標(biāo)準(zhǔn)方案目前最大可支持3150A，短路開(kāi)斷電流31．5kA，基本滿足絕大多數(shù)光伏電站的并網(wǎng)需求。

光伏電源進(jìn)線柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)

配套的手車式斷路器

母設(shè)柜主要提供了線路的電壓信號(hào)，包括計(jì)量級(jí)、測(cè)量級(jí)及開(kāi)口三角電壓。手車可采用隔離手車或熔斷器手車，PT的接法及參數(shù)推薦值為35／√3／0．1／√3／0．1／√3／0．1／3kV。

接地變因?yàn)?5kV電網(wǎng)通常為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，接地變就是人為制造了一個(gè)中性點(diǎn)接地電阻，接地電阻通常很小。用于引出中性點(diǎn)以連接消弧線圈，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，對(duì)正序負(fù)序電流呈高阻抗，對(duì)零序電流呈低阻抗性使接地保護(hù)可靠動(dòng)作。除了可帶消弧線圈外，也可帶二次負(fù)載，代替站用變。

主變進(jìn)線柜通常采用架空出線的方案，通過(guò)母線橋與配電室外的主變壓器相連。元件及組成與光伏電源進(jìn)線柜差異不大。

110kV主變壓器

有損耗低、溫升低、噪聲低，局放低，抗短路能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

儲(chǔ)油柜通常選用膠囊密封或金屬波紋膨脹式密封機(jī)構(gòu)，使得內(nèi)部的變壓器油與外界空氣完全隔離，保證了油箱焊縫不滲漏油。

GIS或AIS

GIS （Gas－insulated switchgear），即氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備。當(dāng)然我們?cè)趥鹘y(tǒng)電網(wǎng)中也會(huì)見(jiàn)到AIS（Air－insulated switchgear），即空氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備。GIS因使用了SF6作為絕緣介質(zhì)，三相共筒式，可是占地面積大大減少，同時(shí)施工工期短，各個(gè)元件通用性強(qiáng)，采用積木式結(jié)構(gòu)。因占地面積也是光伏電站的重要考量因素，所以在高壓設(shè)備的選擇上，大部分電站業(yè)主客戶更傾向于使用GIS來(lái)作為送出保護(hù)。

在電氣組成上，各個(gè)間隔也含有三工位隔離接地開(kāi)關(guān)，斷路器，快速接地開(kāi)關(guān)，檢修接地開(kāi)關(guān)等多個(gè)回路保護(hù)器件。通常GIS的匯控柜安裝于室內(nèi)，用于一次設(shè)備本體的控制。包括電網(wǎng)出口計(jì)量的相關(guān)信號(hào)也均可從匯控柜內(nèi)獲得。

上述可以看出，現(xiàn)有傳統(tǒng)電力設(shè)備也基本上滿足了光伏電站的需求。但隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的電力設(shè)備創(chuàng)新也會(huì)投入到光伏市場(chǎng)中。