14.4 电气设计
14.4.1 站址选择和布置应符合下列规定：
1 应根据风力发电场位置、装机规模、离岸距离、接入系统方案、陆上和海床的地形地质条件，综合考虑设计、施工、运行及维护、投资、建设用海(地)等因素选择风力发电场变电站的站址，确定变电站的布置方式；
2 装机规模100MW以上且离岸距离大于15km的海上风力发电场宜设置海上变电站。
14.4.2 海缆集电线路及海缆路由选择应符合下列规定：
1 应根据风力发电机组的布置、单机容量以及选定的风力发电场变电站的位置，确定风力发电场集电线路方案；
2 应根据海缆路由调查确定海缆集电线路的路径通道、敷设方式及海缆登陆方案，海缆路由调查应包括路由海域内地形地貌条件、海底管线和障碍物、海洋水文气象、腐蚀环境、海洋开发活动等。
14.4.3 电气主接线和设备选择应符合下列规定：
1 海上变电站在满足风力发电场规划和可靠性要求的条件下，宜减少电压等级和简化接线，宜考虑一次性建成，不考虑扩建。
2 海上变电站宜采用集成模块化设备。
3 海上变电站上电气设备的设计、制造与安装应考虑安全和便于检修，宜选择性能优越，可靠性高，免维护或少维护，在潮湿、重盐雾等恶劣环境条件下能满足稳定运行要求的设备，并应符合下列规定：
1) 高压侧110kV～220kV配电装置应选用六氟化硫气体绝缘全封闭组合电器GIS；
2) 35kV及以下配电装置宜选用气体绝缘开关柜。
4 海上风电机组变压器选型应满足环境、损耗、寿命、维护检修以及消防的要求。
5 海缆设计应符合国家现行标准《电力工程电缆设计规范》GB 50217和《额定电压10kV(Um＝12kV)至110 kV(Um＝126kV)交联聚乙烯绝缘大长度交流海底电缆及附件 第1部分：试验方法和要求》JB/T 11167.1的有关规定。海缆结构宜选择包含电力电缆和光缆的光纤复合海底电缆，并应符合下列规定：
1) 35kV及以下海缆宜选用3芯交联聚乙烯绝缘海缆，110kV及以上海缆结构型式应根据工程实际情况，综合考虑海底高压电缆的生产制造水平、施工安装要求、敷设路由环境、电能损耗等因素，通过技术经济比选后确定；
2) 海缆回路全长应按敷设路径中散热最差的区段条件选择同一截面；
3) 回路全长超过海缆制造长度时，应采用软接头连接；
4) 复杂海域条件下，长距离海缆线路应选用海缆状态监测系统。
14.4.4 主变压器和配电装置选择应符合下列规定：
1 海上变电站宜选择低损耗、低噪音、双绕组有载调压升压变压器；
2 主变压器和配电装置的全部外壳，包括安装支架等，都应使用外部涂层，涂层厚度应符合《色漆和清漆防护漆体系对钢结构的腐蚀防护 第2部分：环境分类》ISO 12944-2腐蚀性类别C5环境的有关规定；
3 海上变电站的配电装置设计应符合国家现行标准《3～110kV高压配电装置设计规范》GB 50060和《高压配电装置设计技术规程》DL/T 5352的有关规定。
14.4.5 无功补偿选择应符合下列规定：
1 海上风力发电场的无功电源应包括风力发电机组和无功补偿装置，并应在充分利用风力发电机组的无功容量及其调节能力的基础上，加装适当容量的无功补偿装置；
2 无功补偿装置的型式和安装位置应通过技术经济比选后确定。
14.4.6 过电压保护和接地应符合下列规定：
1 海上风力发电机组和变电站的过电压保护设计应符合现行行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620的有关规定；
2 应根据各级电压的电力设备绝缘水平和绝缘配合原则，确定避雷器或并联电抗器的设置位置和参数；
3 海上风力发电机组和变电站的接地应符合现行行业标准《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065的有关规定；
4 接地装置应利用直接埋入海水中的钢桩基础或钢结构建(构)筑物等自然接地极，并应设置必要的人工接地装置；
5 海上风力发电机组和变电站的避雷装置和设备接地体宜采用铜导体。
14.4.7 海上变电站的站用电选择应符合下列规定：
1 海上变电站的站用电源应安全可靠，除从主变压器低压侧引接电源外，还应设置柴油发电机组作为应急备用电源，柴油发电机应具备自动启动控制功能，海上变电站的站用电设计应符合现行行业标准《220kV～500kV变电所所用电设计技术规程》DL/T 5155的有关规定；
2 海上变电站应从主变压器低压侧引接两台容量相同、可互为备用、分列运行的站用工作变压器，每台变压器容量应按全站计算负荷选择；
3 站用变压器应选择无油型设备。
14.4.8 海上变电站照明设计应符合国家现行标准《建筑照明设计标准》GB 50034、《发电厂和变电站照明设计技术规定》DL/T 5390和《非分类区域和Ⅰ级1类及2类区域的固定及浮式海上石油设施的电气系统设计与安装推荐作法》SY/T 10010的有关规定。
14.4.9 图像监视及安全警卫系统设计应符合下列规定：
1 海上风力发电场宜装设视频监视及安全警卫系统作为辅助集中监视方式。
2 海上风力发电场图像监视及安全警卫系统设计应符合现行国家标准《工业电视系统工程设计规范》GB 50115和《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB 50198的有关规定。
3 海上风力发电场图像监视及安全警卫系统应能实现视频图像的远方集中监视，其功能应满足安全防范要求并可与火灾报警系统联动。
4 海上风力发电场图像监视及安全警卫系统宜在下列场所设置摄像头：
1) 风机机舱、塔筒内各设备层等生产部位的重要电气设备处；
2) 塔筒门入口、工作平台入口及工作平台四周等安全防范部位；
3) 海上升压平台出入口、制高点、各设备室及平台四周等部位。
5 海上风力发电场图像监视及安全警卫系统设备应满足防潮湿、防盐雾、防霉菌的“三防”设计要求。
14.4.10 海上风力发电场内的通信系统设计应符合下列规定：
1 海上风力发电场场内的通信宜采用光纤通信方式；
2 海上风力发电场内宜设置一套IP程控电话交换机系统，并宜配置数部卫星通信电话。
14.4.1 本条对变电站和集控中心站址选择和布置作出规定。
1 由于海上变电站投资大大高于陆上变电站，且设计及施工难度大、施工质量要求严格，可达性差，运行维护、设备检修困难，且变电站位置决定了场内集电线路的布置，因此需综合比较后确定变电站的站址及布置方式。
2 根据国外相关工程经验及研究资料，从经济技术上考虑，装机规模100MW以上且距海岸线距离大于15km的风力发电场设置海上变电站是合理的，其余情况下是否设置海上变电站，需根据工程的实际情况，考虑海缆路由的海域使用条件，海缆投资与损耗，以及海上变电站的运维条件等后确定。
14.4.2 本条对海缆集电线路及海缆路由选择作出规定。
2 海缆路由调查应委托具备海洋工程勘察、使用论证和测绘等相关资质的单位进行，根据海缆路由调查确定集电线路的路径通道、敷设要求和海缆登陆方案，并提出相应的保护措施。对穿越航道、海堤或其他海底生产设施及管线等处提出敷设要求及保护措施。
14.4.3 本条对电气主接线和设备选择作出规定。
1 应根据海上风力发电场接入电力系统的电压等级、出线回路数，结合风力发电场规划总装机规模、场内集电线路数量等，进行经济技术比较，选择主变压器容量和台数，并考虑运行方式和设备特点，综合确定海上变电站的电气主接线，为压缩升压平台建设规模、确保运行安全可靠并减少运行维护工作量，在满足风力发电场规划和可靠性要求的条件下，升压平台宜减少电压等级和简化接线，海上变电站高压侧宜采用线路变压器组或单母线接线方式。考虑到国内外海缆制造水平，目前国内35kV和110kV海缆制造水平已成熟，220kV海缆也趋成熟，更高电压等级海缆目前只能进口，造价太高，从经济技术方面考虑，升压平台的高压侧电压等级不宜大于220kV。目前大型风力发电场场内集电线路均采用35kV电压等级，升压平台低压侧宜采用35kV，海上变电站装设2台及以上主变压器时，考虑到1台主变故障时所带风机电能可通过其他主变送出的要求，主变低压侧宜采用单母线分段接线，当分段为4段及以上时，可考虑采用单母线分段环形接线。由于海上变电站的施工难度大，不易扩建，因此升压平台宜按照风力发电场终期规模一次建成。
3 考虑到海上环境恶劣、交通不便、运行维护条件较差，海上变电站上的电气设备应安全可靠，便于检修，免维护或少维护。
4 放置在机舱或塔筒内部的海上风力发电机组变压器，消防要求较高，运行检修维护不便，通风散热效果较差，因此设备选型时应综合考虑环境、损耗、寿命、维护检修以及消防要求等多种因素。根据对目前主流海上风力发电机组变压器的调研，宜选用干式或高燃点绝缘液体的变压器，高燃点绝缘液体的变压器需有主动和被动防火措施。
5 由于海底电缆或光缆的敷设需采用专业的敷设船机设备，施工成本较高，因此海缆宜选择包含电力电缆和光纤通信电缆的光电复合缆，减少敷设费用和用海面积。
1) 由于目前35kV及以下3芯交联聚乙烯绝缘海缆的技术和生产工艺已很成熟，且工程实际应用较多，施工及运行维护比较方便，因此35kV及以下海缆宜选用3芯交联聚乙烯绝缘海缆。
2) 虽然海缆敷设时大部分海缆在海底埋设，温度较低，土壤的热阻系数小，埋设的电缆载流量较大，但由于在海上变电站或海上风力发电机组基础平台的“J”形保护管内的电缆通道属于在管道内敷设，而在海上变电站的电缆层内或风机塔筒内属于在空气中敷设，海缆载流量应按在上述各种情况下的最小值来确定。
3) 长距离大截面的海缆超过生产厂家制造长度时，可采用软接头连接，考虑到各生产厂家接头制造工艺水平不一，在满足工程设计要求的前提下，宜减少软接头数量。
4) 海底电缆大部分事故是由船锚和渔具造成，船舶投锚及其走锚是造成水下电缆机械性外伤的主要因素之一，对于海域情况复杂，航道、管线及船只较密集的区域内敷设的长距离海缆线路，为监测海缆的运行情况，保证风电电量的可靠送出，可考虑采用海缆状态监测系统进行全程监测。
14.4.4 本条对主变压器和配电装置选择作出规定。
1 主变压器采用低损耗变压器有益于节能降耗，减少通风冷却系统负担；低噪音有益于环境保护。
2 从满足海上潮湿、重盐雾的运行环境和减少运行维护工作量的角度考虑，需使用高质量的外部防腐涂层，有利于保障变压器运行安全。
14.4.5 本条对无功补偿选择作出规定。
1 由于海上风力发电场场内电力电缆集电线路，尤其是高压电力电缆电容大，线路长，系统充电功率很大，根据国家现行标准《风电场接入电力系统技术规定》GB/T 19963和《大型风电场并网设计技术规范》NB/T 31003的要求，需考虑在风力发电场的适当位置配置容性及感性无功补偿装置，装置容量应满足系统要求。由于海上变电站布置条件的限制，完全由海上变电站上布置的无功补偿装置提供系统所要求的无功容量难度较大，因此应在充分利用风力发电机组的无功容量及其调节能力的基础上，研究分析不同类型无功补偿设备的特点，确定技术经济合理的无功补偿配置方案。
2 应根据风力发电场无功、过电压的分析计算以及电网要求，结合工程的实际情况，通过技术经济综合比较确定无功补偿装置的型式和布置方案。
14.4.6 本条对过电压保护和接地作出规定。
1 大规模远距离海上风力发电场场内高压电力电缆线路长，电容大，充电功率很大，过电压保护设计中应考虑其容升效应导致的过电压水平。
5 考虑到海上腐蚀性强的特点，为确保接地系统安全可靠，减少运行维护工作量，推荐采用铜导体。
14.4.7 本条对海上变电站的站用电选择作出规定。
1 站用电源由站用变压器引接，其安全可靠性能够得到保证。但考虑到海上风力发电场的特殊性，海上风机在某些极端情况下如台风有可能造成的电网停电使得平台失去外来电源时，需保证其生存安全，因此考虑在升压平台设置柴油发电机组作为应急备用电源，柴油机应能在紧急情况下自动启动。
2 装设两台容量按全站计算负荷选择的工作变压器，是为了保证站用变压器的相互切换和轮换检修。
3 从消防及环境保护角度考虑宜选择无油型设备，而且目前干式站用变压器也在变电站内大量使用。
14.4.8 海上变电站作为海上建筑物有其特殊性，照明设计除满足电力行业标准要求外，还需参照海上建筑物的相关标准要求执行。
14.4.9 本条对图像监视及安全警卫系统设计作出规定。
1 海上风机的巡视和检修经常会受天气的影响而无法正常进行，为了便于风机的运行管理，应在海上风场设置视频监视及安全警卫系统。对于设备运行状态的监视，应由风机厂家随风机配套提供，本系统仅考虑对海上建筑物、周边环境及风机内主要电气设备的外观状态进行全天候图像监视。
3 用于环境监视的设备，如采用电子围栏等具有威慑、阻挡功能的装置时，由于其动作可能会导致入侵者跌入海里而使人身安全受到危害，宜选用与保险公司联保的产品。
14.4.10 本条对海上风力发电场内的通信系统设计作出规定。
2 IP程控电话交换机系统在风机机舱、塔底、海上升压平台各设备室以及陆上集控中心各相关功能室等处配置IP电话机，可利用风力发电机组监控系统的以太网交换机进行话路双向传输，实现风力发电场的内外通信。海上风力发电场配置卫星通信电话用于项目开发前期和风机检修期间场内通信，配置数量可根据项目具体情况而定。
- 上一节：14.3 风能资源
- 下一节：14.5 建筑与结构
