2022光伏电站工程电气系统设计

光伏电站工程电气系统设计方案1系统一次方案本工程项目采用分散发电、集中控制、单点并网的技术方案。100MWp光伏并网发电系统由40个2.5MW方阵构成，。设一台100MVA的变压器。2电气主接线2.1光伏电站与系统的连接方式100MW采用110kV电压接入系统。2.2电气主接线方案光伏电站共设40个光伏发电单元，全部为浮体安装的固定运行方式。40个光伏发电单元分5条架空集电线路汇聚至升压站35KV汇集站，35KV采用单母线，通过主变压器升压至110KV，再经110KV组合电器并入电网。2.3中性点接地方式35kV侧经电阻接地。2.4电气布置全站按100MWp容量进行规划布置，逆变升压一体机位于两个光伏阵列通道中央。升压站中主变压器采用油浸变压器，其余电气部分设备的布置均采用预制舱，包括35kV开关柜、接地变站用变、380V开关柜、二次盘柜、110kVGIS设备、无功补偿SVG设备。35kV配电装置采用35kV户内手车式开关柜，安装于变电站北边一层预制舱内，110kV配电装置采用GIS预制舱式，布置于主变压器北侧二层。主变压器设计采用户外布置型式，置于35kV配电装置预制舱南侧。主变35kV侧与35kV屋内配电装置的连接采用绝缘管母。无功补偿装置、接地变及400V低压柜均安装于预制舱内，无功补偿装置舱布置于变压器一侧，以防火墙隔离。电气布置详见总图专业相关图纸。2.5站用电系统站用电有两回电源，其中一回由35kV开关站35kV接地变兼做占用变降压引入，容量为200kVA引入，另一回由施工电源10kV线路经备用站用变引入，设备包括干式变压器，高压开关柜、低压开关设备、双回路切换等。站用变采用动力、照明并用的380/220V中性点直接接地系统。3主要电气设备选择3.1主变压器型号：SZ11-100000/110容量：100000kVA电压组合：121±8×1.25%/37kV联接组别：YNd11阻抗电压：Uk=10.5%调压方式：有载调压冷却方式：ONAN数量：1台3.2126kVGIS主要技术参数如下：型式：SF6气体绝缘组合电器额定电压：126kV额定电流：2000A额定短路开断电流：40kA额定短时耐受电流：40kA/4s额定峰值耐受电流：100kA间隔数：1个本项目采用GIS预制舱布置方案3.335kV户内开关柜型式：户内金属铠装移开式交流封闭开关柜数量：9面额定电压： 40.5kV额定频率： 50Hz额定电流： 2000A/1250A额定短时耐受电流及时间： 31.5kA4s额定峰值耐受电流： 80kA额定绝缘水平：雷电冲击耐压（峰值） 对地、相间：185kV 断口间：215kV工频耐压（1min）（有效值） 对地、相间：95kV 断口间：118kV柜体防护等级：IP4X，断路器室门打开后IP2X。3.435kV无功补偿装置a）型号：24MvarSVG（直挂型）b）数量：1套c）型式：SVG户内三相式动态可全范围连续调节无功补偿装置，连接电抗器部分为户外型式。d）输出容量本工程所装设的动态无功补偿成套装置应由一套控制设备综合控制，成套无功补偿装置额定输出容量为24MVar，无功连续可调。e）响应时间成套装置可动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现任意辐射的高功率因数运行，装置动态响应时间不大于10ms。f）谐波特性动态电压无功补偿装置输出电压谐波含量满足国家标准《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93要求，并实现有源滤波功能。3.535kV接地变及电阻柜技术参数：型号：DKSC-630/37-200/0.4额定频率:50HZ电压组合:37±2×2.5%连接组别:ZN,yn11阻抗:Ud=6%电阻柜：107Ω3.6过电压保护主、辅建（构）筑物的防雷保护设施按《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）的规定设置。本期配电装置的过电压保护包括防直击雷、防雷电侵入波、防工频过电压、防谐振过电压和防操作过电压等多项内容。(1)直击雷保护为防直击雷，在升压站内设置2根30m的独立避雷针，在综合楼屋顶设置避雷网，保护其免遭雷击。(2)操作过电压及其保护在配电设计中，选用真空断路器作为操作设备，为抑制截流以及其他过电压，采用无间隙的氧化锌避雷器作为过电压保护器。(3)绝缘配合电气设备绝缘配合按《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）的规定执行，按照系统出现的各种电压和保护装置的特性来确定设备的绝缘水平，即进行绝缘配合时，应全面考虑设备造价、维修费用以及故障损失三个方面，力求取得较高的经济效益。这样，既不因绝缘水平取得过高，使设备尺寸过大及造价太贵，造成不必要的浪费，也不会由于绝缘水平取得过低，使设备在运行中的事故率增加，导致停电损失和维护费用大增，造成经济上的浪费。本工程室外电气设备选型按IV级污秽条件选型。3.7接地接地装置采用以水平接地带为主，辅助以垂直接地极的复合接地网。本工程场地位于水边，接地装置设置阴极保护装置。光伏组件支架之间以接地线相互连接后，再与主接地网相连。在各光伏方阵内设置连接各光伏组件和逆变器等电气设备的均压网，不少于两点与主接地网可靠连接，接地体之间的焊接点应进行防腐处理，所有连接点应严格按照规程工艺施工，连接截面应满足规程要求。接地装置的接地电阻、接触电压和跨步电压满足规程要求，使电气设备所在地点附近对地电压分布均匀。支架的接地应符合设计要求，且与接地网连接可靠，导通良好。投运前完成光伏组件接地连接，并由有资质的单位完成方阵接地电阻检测，阻值符合规范要求。3.8照明系统本工程照明系统分为正常交流照明系统和应急照明系统。站内正常照明用电源引站用电。正常照明电压为交流220V。在配电室、控制室要出入口处装设应急指示灯，其电源接至正常照明网络，当正常照明网络失电时，应急指示灯由自备的蓄电池供电。本工程照明系统按《建筑照明设计标准》(GB50034—2013)和《火力发电厂和变电站照明设计技术规定》(DL／T5390—2014)进行设计，按工作场所的环境条件和使用要求选用照明灯具。3.9电缆构筑物及敷设方式35kV动力电缆采用电缆沟敷设方式，光伏电缆通过浮体连接。3.10电缆选型根据《电力工程电缆设计规范》的规定，本工程35kV电力电缆采用铠装交联聚乙烯绝缘电缆。1kV动力电缆和控制电缆选用交联聚氯乙稀绝缘电缆，部分重要回路如消防、直流、计算机监控等回路采用耐火电缆或铠装电缆。电缆载流量应考虑敷设环境因素的影响。3.11电缆防火设施本工程采用阻燃电缆和电缆构筑物分区封堵相结合的防火原则。并采取如下防火措施：动力电缆与控制电缆分层敷设；在电缆沟的进入房间的位置设置防火墙；对电缆孔洞采取封堵措施。电缆界面选择多层多根的敷设条件进行载流量校验。装设适应现场环境条件，性能可靠的火灾检测及报警装置。4电气设备布置及电缆敷设方式（1）汇流箱布置在组件方阵中，户外安装。组件与汇流箱、汇流箱与直流配电柜之间的电缆通过浮体相连。（2）逆变器升压箱变一体机布置于单元方阵之间。考虑到通船航道，每两个单元方阵的一体机布置在一起，另一侧留出通船航道。汇流箱至一体机的浮体采用S弯，以应对水位变化引起的电缆长度变化。（3）集成式变电站设有35kV开关柜预制舱、380V开关柜预制舱、接地变预制舱、SVG预制舱等。预制舱下设有电缆沟。35kV开关柜的进出线均采用电缆，通过配电装置室下的电缆沟引出站外。5光伏阵列区过电压保护及绝缘配合为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。在光伏方阵场区，面积比较大，由于光伏组件边框铝合金是良好的导体，组件通过螺栓与支架连接，支架与接地线良好连接，这样光伏组件达到良好的接地，可以起到防止直击雷的效果。为了防止感应雷，在光伏系统交直流侧均设有相关保护措施：直流侧防雷措施：光伏组件阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，光伏阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。交流侧防雷措施：每台逆变器升压变一体机的交流输出侧设有防雷保护装置或避雷器，布置于一体机舱体内，再经电缆接入集电线路，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏。6光伏阵列区照明光伏组件设备可靠，故障率低，维修简单，且夜间光伏阵列不发电，故光伏场区夜间不需要巡视检修，故不设置照明。逆变器升压变一体机设备自带引出380V电源约15kVA，可为周围提供照明电源，以及其他用电需求。进站道路及综合楼附近区域需要加装照明设施。考虑到光伏电场区太阳辐射资源好，建议安装太阳能路灯照明。这样能体现整个光伏场区太阳能清洁能源的直接应用。起到良好的示范效果。另外，路灯比较分散，安装太阳能路灯，能节省电缆铺设和增加的工程量。8.3电气二次8.3.1设计依据和原则8.3.1.1本工程电气二次的设计依据GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》GB50016-2014《建筑设计防火规范》GB50217-2018《电力工程电缆设计规范》GB50229-2019《火力发电厂与变电站设计防火规范》DL/T5136-2012《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》DL/T5202-2004《电能量计量系统设计技术规范》GB/T50063-2017《电力装置电测量仪表装置设计规范》GB50395-2007《视频安防监控系统工程设计规范》GB50394-2007《入侵报警系统工程设计规范》8.3.1.2设计原则本工程采用计算机监控系统，监控范围为：光伏方阵区汇流箱、直流柜、逆变器、升压变；升压站区35kV配电装置、110kV电气设备、直流系统、UPS等。本工程为新建工程，电气二次主要包括以下几个系统：计算机监控系统、继电保护、故障录波、计量柜、直流系统、交流不停电电源系统、火灾自动报警系统、安防系统及厂内通信系统。本工程采用集中控制方式，在二次预制舱内设有集中控制室及电子设备间。继电保护及安全自动装置均采用微机型保护装置，变压器保护装置为单独组屏安装于电子设备间内，35kV微机型保护装置分散安装于开关柜内。光伏方阵区的箱变测控装置安装于就地升压变内，并由箱变供货商成套提供。控制系统采用计算机监控系统，升压站内的断路器、隔离开关、接地开关、变压器、35kV系统、直流系统、UPS、逆变器、直流配电柜、就地升压变及汇流箱均纳入计算机监控系统，实现遥控、遥测、遥信及遥调功能。8.3.2计算机监控系统8.3.2.1系统结构1）计算机监控系统由站控层和间隔层两部分组成并采用分层、分布开放式网络结构，站控层主要设备有工程师站、操作员站、五防工作站、远动设备及对时设备等组成。间隔层主要按电气单元划分的相关测控柜组成。2）站控层网络结构为双以太网，工程师站、操作员站及远动设备等均配置双网卡，分别接入冗余热备的通信设备。3）光伏区通信采用环型网络结构，每个方阵的逆变器、直流配电柜、就地升压变及汇流箱接入通信设备，再与相邻通信设备一起与电子设备间内的主通信柜组成环网。8.3.2.2通信方式计算机监控系统按区域分主要为两部分，升压站和光伏区。升压站区域各电气设备采用硬接线方式，按照电气单元分为公用测控装置和线路、主变压器测控装置。接入公用测控装置的设备有220V直流系统、UPS、35kV系统的断路器、PT、无功补偿装置及低压厂用电系统。接入线路、主变压器测控装置的设备有主变压器的断路器、隔离开关、接地开关、变压器中性点接地设备及线路设备。光伏区域各电气设备采用通信方式。根据光伏区的地理位置及保证通信的可靠性，在光伏区域相关逆变升压一体机内布置设备通信柜，通信柜内含有光纤环网通信设备、通信管理机和保证通信柜交流失电时可靠工作的后备电源。接入光伏区域通信柜的设备有：就地升压变压器、逆变器、直流配电柜及汇流箱。各设备与通信柜采用RS485通信接口或以太网接口。各光伏方阵与环网通信柜之间采用光纤通信，考虑火灾报警系统可能与计算机监控系统共用光纤，本工程采用24芯单模铠装光纤。8.3.2.3计算机监控系统主要功能计算机监控系统能实现数据采集和处理、数据库的建立与维护、控制操作、防误闭锁、同期、报警处理、事件顺序记录及事故追忆、画面生成及显示、在线计算及制表、电能量处理、远动功能、时钟同步、人-机联系、系统自诊断与自恢复、与其它设备接口及运行管理等主要功能。8.3.2.4计算机监控系统的监控范围1）遥控范围。110kV线路断路器、隔离开关及接地开关；主变高压侧隔离开关及接地开关；主变有载调压分接头控制；35kV系统断路器；就地升压变低压侧断路器；逆变器；380V厂用工作变低压侧断路器。2）遥测范围。110kV线路电流、电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、；关口电能、考核电能；主变油温及绕组温度；35kV母线电压；35kV各光伏进线的电流、有功功率；35kV无功补偿装置电流、无功功率；380V接地变兼站用变高压侧电流、功率；各台逆变器的电流、电压、功率；各台就地升压变低压侧电流；各台直流配电柜的进出线直流电流及电压；各汇流箱的电流；220V直流系统电流电压；UPS电流、电压、频率。3）遥信范围。110kV线路断路器相关信号；110kV线路隔离开关相关信号；110线路接地开关相关信号；110kV线路保护测控装置信号；主变高压侧隔离开关相关信号、接地开关相关信号；110kV主变压器保护测控装置相关信号；110kV主变压器有载调压开关位置信号；35kV系统断路器相关信号，PT柜相关信号；无功补偿装置相关信号；逆变器状态、故障等相关信号、直流配电柜馈线开关状态、跳闸等相关信号，直流汇流箱馈线开关状态、跳闸等相关信号，就地升压变高低压侧开关状态、故障等相关信号。4）遥调范围。主变压器分接头的调整；逆变器输出功率调整；8.3.2.5计算机监控系统调度关系计算机监控系统可实现光伏电站三级控制。调度控制、集控室集中控制及就地间隔层控制。1）调度控制。通过计算机监控系统的远动装置可接受调度端的功率调整等相关功能。2）集中控制室集中控制。运行人员通过操作员站实现对光伏电站各系统的控制及监视功能。3）就地间隔层控制。在计算机监控系统网络故障时可通过间隔层的测控柜对相关电气设备进行控制。控制权限由高到低依次为：就地间隔层控制、集中控制室集中控制、调度控制。8.3.2.6GPS对时本工程设一套GPS对时系统，提供各智能装置所需要的对时信号。主变压器保护测控装置、线路保护测控装置、故障录波装置及35kV微机型保护装置采用B码对时，采用硬接线进行连接。光伏方阵区的各智能装置采用网络报文对时模式，通过各通信柜传输。8.3.3继电保护及安全自动装置8.3.3.1110kV主变压器保护配置110kV主变压器配置一套微机型差动保护装置，独立组屏安装于二次预制舱电子设备间内。电量及非电量保护均按单套配置，主要保护功能如下：1)差动保护。作为主变内部引出线短路故障的主保护，保护动作时跳主变压器两侧断路器并发信号。2)主变压器高压侧过流速断及复合电压闭锁过流保护。作为主变的后备保护，保护动作时跳主变压器两侧断路器并发信号。3)主变压器低压侧过流速断及复合电压闭锁过流保护。作为主变的后备保护，保护动作时跳主变压器两侧断路器并发信号4)主变压器高压侧零序过流保护；零序电压保护；间隙零序过流保护。作为主变压器高压侧单相接地故障的后备保护，保护动作时廷时跳主变两侧断路器。5)主变过负荷保护。6)非电量保护主要有重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油位、油温及绕组温度保护，保护动作时按需要跳闸或发信号。8.3.3.235kV馈线保护35kV各馈线柜均配置微机型保护装置，分类如下：1）35kV光伏集电线路馈线柜。配置微机型综合保护装置，主要保护功能为过流速断保护、限时过流保护、过负荷保护、零序过流保护及过欠压保护。2）380V接地变兼站用变馈线柜。配置微机型综合保护装置，主要保护功能为过流速断、限时过流、零序过流及过负荷保护、变压器本体保护。3）35kV无功补偿装置电源馈线柜。配置微机型综合保护装置，主要保护功能为差动保护、过流速断保护、限时过流保护、过负荷保护、零序过流保护及过欠压保护。4）35kV电压互感器柜。配置微机型PT测控装置、微机型消谐装置。PT测控装置反映PT断线及母线电压低信号，同时可测量母线电压量。5）就地升压变保护。本工程就地升压变高压侧由熔断器保护。低压侧安装有断路器，保护由断路器智能脱扣器完成，保护功能主要有长延时过流、过流速断、接地故障等保护。就地变压器的超温保护信号接入变压器测控装置，变压器超温时跳变压器低压侧断路器。8.3.3.3并网逆变器保护逆变器的保护装置由逆变器成套提供并安装于逆变器控制柜内。主要保护功能有：电流速断、过流保护、零序过流保护、逆功率保护、过负荷保护、低电压保护、防孤岛效应保护及温度保护等。8.3.3.4汇流箱保护光伏电站智能汇流箱具有过流保护，汇流箱进线采用熔断器保护，出线采用空气断路器并配有脱扣器。8.3.3.5接地变兼站用变、施工用电兼站用备用变低压侧保护接地变兼站用变、施工用电兼站用备用变低压侧断路器配有智能脱扣器，主要保护功能有：过流速断、过流保护、单相接地保护等。8.3.3.6故障录波本工程设置一套微机型故障录波装置，采集的模拟量主要有：110kV线路电流、110kV线路电压、110kV主变低压侧电流、110kV主变中性点电流、35kV母线电压。采集的开关量主要有：110kV线路断路器位置信号、110kV主变低压侧断路器位置信号、110kV线路保护装置的动作信号、110kV主变压器保护装置动作信号。8.3.4组屏方案8.3.4.1110kV主变压器保护110kV主变压器采用微机型保护装置，电量及非电量保护均为单套配置，配有打印机。装置单独组屏安装于二次预制舱的电子设备间内。8.3.4.235kV系统保护35kV各配电装置均配置了微机型保护装置，本工程非单独组屏而是就地分散安装于各相关的配电装置内并由开关柜成套提供。8.3.4.3其它系统故障录波、交流不停电电源、22V直流系统、变送器计量柜及计算机监控系统相关柜体均为独立组屏安装于二次预制舱的电子设备间内。火灾报警屏采用壁挂式安装于集控室便于观察的地方。8.3.5二次接线8.3.5.1光伏区汇流箱、直流配电柜、逆变器及就地升压变的信号采用通信方式上传。光伏区按照地理位置并保证通信的可靠性按需设置了通信柜，柜内安装有光纤环网交换机、通信管理机及保证工作电源故障时的应急的UPS。通信管理机负责与各逆变器、直流配电柜、汇流箱及就地升压变测控装置进行通信，采用RS485接口。就地升压变低压侧断路器的控制采用遥控方式。8.3.5.2升压站电气设备的测量、控制采用硬接线方式。由计算机监控系统的测控柜完成。8.3.5.3电流、电压互感器的选择。35kV及110kV系统均配置了电流互感器和电压互感器，可满足保护、测量及计量的需要。考核用电流互感器为0.2s级、保护用电流互感器为5P级，110kV线路关口计量由系统专业完成。8.3.6控制电源系统8.3.6.1本工程设一套直流系统供保护、控制及事故照明用。直流系统由充电柜、馈线柜及电池组组成，直流系统单用单母线接线，额定电压为220V。蓄电池容量暂定为300Ah一组不设端电池。直流系统正常运行时采用浮充电方式，备用时间为1小时。220V直流负荷统计表装置负荷计算经常事故放电时间及放电电流(A)序负荷名称容量系数电流电流初期I1持续I2随机Ir号(kW)(k)(A)(A)minmins0～11～6051信号灯、位置指示器和位置继电器2.50.66.826.826.826.822直流常明灯114.554.554.554.553控制、保护监控系统80.621.8221.8221.8221.824断路器跳闸0.63030305UPS电源100.627.327.327.327.36随机负荷27通信电源4.80.613.113.113.113.1合计103.6103.6103.673.628.3.6.2升压站交流不停电电源系统。主要供计算机监控系统及远动设备使用，系统由主机柜、旁路柜及馈线柜组成，额定输出电压为AC220V，额定容量暂定为10kVA，系统不带蓄电池，直流电源由厂用直流提供。8.3.6.3光伏区通信柜UPS。光伏区通信配套提供UPS，备用时间为30分钟，额定容量为1kVA并自带蓄电池。8.3.7火灾自动报警系统本工程火灾自动报警系统根据GB50119-2013《火灾自动报警系统设计规范》等相关规定进行设计。1）火灾报警及消防控制系统采用区域报警工作方式。设一套置火灾报警控制器(联动型)，主要监测各个设置火灾探测器场所的火警信号，并可根据消防要求对相关部位轴流风机及空调等需要自动关闭的设备联锁控制。火灾报警控制器上设有被控设备的运行状态指示和手动操作按钮。火灾报警监视的对象为升压站。2）升压站的火灾监测对象根据环境及不同的火灾燃烧机理，分别选用感烟、感温等不同种类的探测器。探测器主要安装在中控室、二次设备间、35kV配电装置室、无功补偿室、400V配电室等场所；在各防火分区设置手动报警按钮和声光报警器。探测器或手动报警按钮动作时，火灾报警控制器发出声光报警并显示报警点的地址、打印报警时间和报警点的地址。同时，按预先编制好的逻辑关系发出控制指令，自动联动停止相关部位的风机或空调、启动声光报警器，也可由值班人员在火灾报警控制器上手动操作。3）各场所火灾探测器类型：中控室、二次设备间、35kV配电装置室、无功补偿室、400V配电室等：感烟型主变压器：线型感温4）火灾报警控制器采用双电源，正常工作时由厂用电进行供电，当厂用电故障时切换到自带的蓄电池进行供电，蓄电池供电不低于8小时。5）由于光伏厂区面积较大，各逆变器房与集控室较远超过火灾报警系统电缆的传输能力，为保证系统可靠性，本工程在光伏区会设置两套火灾报警区域屏，区域屏再与火灾报警主屏进行通信，区域屏与主屏间采用光纤通信。8.3.8视频安防监控系统（1）系统概况及控制方式本工程安装一套视频安防监控系统，在升压站的监控室布置升压站和光伏厂区重要区域闭路电视系统的监视器，进行集中监控。通过图像宽带网，将各监视点的视频信号处理、分配、传送至各监视器终端。为适应不同监视点的要求，将根据具体监视对象的特点选用定焦或变焦镜头。（2）监视区域及探头数量根据电厂设备的布置情况和运行特点，将视频安防监控系统的监视点按以下几个区域划分：1)升压站区域:预制舱、配电设备、电气设备间、围墙及站内主要道路、综合楼、监控室、水泵房等2)光伏厂区:光伏方阵（箱逆变一体机）、主要通道、场区边界闭路电视具体监视点暂按80个考虑，各区域具体详细的