三、300MW海上风电场接线方案
1 概述
此设计的模拟海上风电场的容量较大，但由于海上风电的特殊性，风电场接入电网对系统的影响也不可小觑。因此，在离岸距离达35km以上的海上风电场，风力发电升压系统要求具有高度的可靠性，风电场不可随意接入电网或与电网断开连接，机组无论在起动、正常运行或事故停机时，都应尽量缩小影响范围，以确保其它机组的正常运行。
该设计风场为近海风电场，属于近海域。由于离岸较远和海域使用限制，也为了后续的运行维护交通方便，故风机没有采取狭长的布置方式，而是风机布置得相对十分集中，大部分风机距风电场升压平台较近，以规则的阵列布局。本设计根据风电场的装机规模确定采用的升压级数，风电场需设置汇流线路，风机的分组和布置也有多种方案。
2 汇流线路方案描述及比较
（1）方案描述
由于海上风电的特殊性，在海水中大量架设塔杆很不现实，故本设计不考虑架空线和电缆与架空线的经济技术比较。风电场的风机至升压站平台之间的汇流线路以及上岸送出线路均采用电缆方案。
电缆由于埋设在海底，不受周围环境影响，可靠性较高；
电缆对地电容较大，发生单相接地故障时，电容电流较大，并且发生单线接地故障通常以永久故障为主，因此不可以采用中性点不接地方式，只能采用消弧线圈接地或电阻接地方式,无形中降低了可靠性；
太平洋表层年平均水温为19.1℃，除海底火山口周边外，一般海水温度随着水深逐渐降低。由于本风场海域海底均为泥沙淤积，导热系数大、易于电缆散热，海底电缆埋入海底淤泥之下，不仅散热好且无跨越，因此不考虑发热和机械强度校验，短距离电缆在截面积满足要求时，一般也无需进行电压损失校验，仅需按经济电流密度选择电缆截面。
高压海底电缆造价异常昂贵，且铺设复杂，相同截面导线载流量不宜多。本设计中电缆导线截面积不宜过大，220kV宜选择单根电缆，35kV宜选择三相电缆，以降低造价。
根据项目规划后预可研微观选址结果，风机布局有4排和5排两种方案，见下图。
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图3-1 风机布局方案
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风电场行列间距各600米，根据土建专业设计结果，海上升压站平台安装在B排和F排之间，综合风机微观布局要求，得到下表的数据。表4.
风机布局方案一 排号 A排（E排） B排（F排） C排（G排） D排（H排） 风机数量(台) 本排总功率（MW） 本排总负荷（A） 11 11 10 10 39.6 39.6 36 36 风机布局方案二 A排（F排） B排（G排） C排（H排） D排（I排） E排（J排）
（2）经济比较：
1）导线的选择
由于本地区海面上90米高层平均风速为8.6米/秒，年有效风速可利用小时数达8248小时，最大负荷年利用小时Tmax＝2600h（实际大于此数据，这里仅计算参考），经济电流密度220kV电缆选J=1.68，35kV电缆选J=1.64。 略
线路正常工作电流（A） 电缆截面积（mm2）
220kV电缆（单相）选择为日本J-Power Systems公司的PPLP 1*500复合纸绝缘电缆, 查得允许长期载流为763A，正常允许的最高温度为90℃，r=0.037Ω/km，x=0.07Ω/km。 35kV电缆（三相）选择为两种截面，正常允许的最高温度均为90℃，具体型号和参数见下
653.3 398.35 方案一 593.9 362.13 534.5 325.92 方案二 475.1 289.7 9 9 8 8 8 32.4 32.4 28.8 28.8 28.8 534.5 534.5 475.1 475.1 475.1 5700 5100 5100 5700 6300 653.3 653.3 593.9 593.9 线路总长（米） 6900 6300 6300 6900 表6。
电缆型号 ZS-YJQF-26/35 ZS-YJQF-26/35 略
鉴于前述的海底敷设理由，无需计算电缆载流修正系数，载流量即可满足长期发热要求。 2）电缆价格方面:
220kV电缆（单相）选择为日本J-Power Systems公司的PPLP复合纸绝缘电缆共105km，约780万元/km，总造价约为81900万元（人民币，下同）；
两个方案的35kV电缆造价见下表7。 电缆型号 单价 长度 ZS-YJQF-26/35 3*400 130万元/km ZS-YJQF-26/35 3*300 122万元/km 总造价
由此可见，220kV大截面超高压电缆十分昂贵，而且还不包括敷设施工等费用。两个方案中35kV中压电缆造价差距不大。 小结
电缆线路需要较大投资，尤其是超高压海底电缆，但在海上风电场设计中还必须优先考虑此方案，如：离岸较远的海上风场及风力影响较大且不允许采用架空线路的地区。另外，还需根据造价、施工、便于检修以及可靠性等综合考量对电缆方案进行优化。
26.4km 造价 3432万元 长度 km 造价 万元 6807.6万元 方案一 方案二 截面（mm2） 3*400 3*300 允许电流（A） 689 575 r（Ω/km） 0.0470 0.0601 x（Ω/km） 0.3266 0.3485 26.4km 3220.8万元 55.8km 6652.8万元 6807.6万元
3 风电机分组和连接方案比较
根据该海上风电场的微观选址、现场情况及平均分组的原则，现将风机按所在汇流电缆线路分为8回和10回，分属方案一和方案二，以确定何种方案更具实际经济技术意义。 （1）方案描述
风电场的风机排列各异，有阵列布置，也有线性布置，合理选择风机分组和风机连接型式，可以使风电场电缆投资尽量节省。
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风电场的风机分组及连接方式视微观选址结果而定。从陆上风电场和海上风电场的设计经验综合来看，连接方式基本上均采用链形。这里优先采用图1-2（a）所示的链形结构。
将若干风力发电机连接在同一条汇流电缆上，整个风电场的电能通过若干条电缆线路送到汇流母线上，汇流电缆的额定功率须大于所连接风机的总功率。该连接的优点是操作简单、投资成本较低；缺点是可靠性不高，如果电缆的某处发生故障，那么整条汇流线路都将被迫切除，与其相连的所有风机都将停运。所以对海底汇流电缆的质量可靠性要有极高的保证。 （2）方案比较
1）技术比较 略
线路计算采用等效简化法，在计算过程中可将电路简化：
略
现比较两种35kV电缆方案的无功损耗及电压偏差值:
表8：方案一线路参数
电缆长度 l1?6.9km 电缆电阻 R1?r1*l1?0.047*6.9?0.3243? 电缆电感 X1?x1*l1?0.327*6.9?2.2563? l2?6.3km l3?6.3km l4?6.9km R2?r1*l2?0.047*6.3?0.2961? X2?x1*l2?0.327*6.3?2.0601? R3?r2*l3?0.06*6.3?0.378? R4?r2*l4?0.06*6.9?0.414? X3?x2*l3?0.349*6.3?2.1987? X4?x2*l4?0.349*6.9?2.4081?
表9：方案二线路参数
电缆长度 l1?5.7km 电缆电阻 R1?r2*l1?0.06*5.7?0.342? 18
电缆电感 X1?x2*l1?0.349*5.7?1.9893?