關(guān)于風(fēng)電機組電力電纜載流量的研究

1、關(guān)于風(fēng)電機組電力電纜載流量的研究作者:陳林 王寶歸 喻勇關(guān)鍵詞:風(fēng)電機組 風(fēng)電行業(yè) 電力電纜電力電纜的實際載流量因受敷設(shè)方式、運行條件和周圍環(huán)境等因素的影響而不易確定。電纜的載流量偏大，會造成纜芯工作溫度超過允許值，絕緣的壽命就會比預(yù)期值縮短;載流量偏小，則電纜芯銅材或鋁材就不能得到充分的利用，導(dǎo)致不必要成本上升和資源浪費。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，風(fēng)電機組越來越被應(yīng)用于更加惡劣的環(huán)境中(高嚴(yán)寒、高輻射、高腐蝕、高海拔等環(huán)境)，環(huán)境條件的變化必然會影響到電力電纜的載流量。一個科學(xué)、準(zhǔn)確的電力電纜載流量計算，才能既保證風(fēng)電機組電氣系統(tǒng)安全可靠運行，又節(jié)約成本。電力電纜載流量的理論計算目前風(fēng)電

2、行業(yè)電力電纜載流量的確定主要基于理論計算方法，并充分考慮實際應(yīng)用環(huán)境因素影響。理論計算主要基于IEC標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)在1957年在McGrath論文的基礎(chǔ)上，結(jié)合1957年之后載流量的算法改進(jìn)，于1982年提出了電纜額定載流量(100%負(fù)荷因數(shù))計算標(biāo)準(zhǔn)IEC60287(國內(nèi)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是JB/T101812000)。目前各國電纜產(chǎn)品及其載流量大都已向IEC靠攏。表1為根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)計算所得風(fēng)電行業(yè)常用的幾種單芯橡膠絕緣電纜的標(biāo)準(zhǔn)載流量值。風(fēng)電機組電力電纜載流量影響因素分析目前風(fēng)電機組電力電纜的敷設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，本文將從幾個影響風(fēng)電機組電力電纜載流量的主要因素進(jìn)行詳細(xì)分析，得出不

3、同敷設(shè)環(huán)境對電力電纜載流量的影響，為風(fēng)電機組電氣系統(tǒng)的設(shè)計和電力電纜的選型提供重要的理論指導(dǎo)。一、環(huán)境溫度的影響環(huán)境溫度是影響電纜載流量的一個重要因素。環(huán)境溫度主要是指電纜敷設(shè)區(qū)域的空氣溫度。空氣溫度的高低對電纜產(chǎn)生熱量散發(fā)能力具有直接影響。空氣溫度越高，則它與電纜的對流換熱速度就越慢，不利于電纜產(chǎn)生熱量的散發(fā)，使得載流量變小，相反，當(dāng)空氣溫度越低時，電纜產(chǎn)生的熱量散發(fā)越快，載流量就越大。風(fēng)電機組中電纜選型設(shè)計中，需要充分考慮發(fā)電機、齒輪箱的部件發(fā)熱，塔筒的熱效應(yīng)等對電纜實際運行環(huán)境的影響。(見表2)二、電纜敷設(shè)方式的影響電纜排列方式包括電纜敷設(shè)橋架形式、電纜之間的敷設(shè)距離等因素。這些因素通過

4、不同方式影響電纜區(qū)域的溫度場分布，從而對電纜載流量產(chǎn)生影響。表3是不同敷設(shè)方式電纜載流量的修正系數(shù)表。風(fēng)電機組的電纜敷設(shè)往往是幾種方式的組合。在機艙中一般是水平三角形敷設(shè)，塔筒扭纜處為垂直接觸式敷設(shè)，塔筒內(nèi)為垂直三角形敷設(shè)。三、海拔高度的影響海拔升高、空氣密度降低、散熱的對流作用減弱，對于敷設(shè)在塔筒內(nèi)部電纜，以空氣為冷卻介質(zhì)，其溫升就會隨之升高，載流量會下降，影響電力電纜的使用壽命。海拔每升高100m，電力電纜的溫升增加0.1-0.5(一般在0.4以下)，而氣溫隨海拔高度的升高而降低，直減率為海拔每升高100m氣溫約降低0.6，可以部分補償由海拔高度升高對電力電纜溫升的影響。因此海拔升高對電力

5、電纜溫升的影響不大。一般情況下，海拔高度與電力電纜載流量的修正系數(shù)關(guān)系見表4：此外，高海拔地區(qū)輻射強度比較強烈，使空氣容易電離而導(dǎo)致外絕緣強度和電暈起始電壓降低。同時，隨著海拔的升高，絕對濕度與介電強度的降低都會導(dǎo)致絕緣強度的降低。因此需要考慮風(fēng)電機組電力電纜的絕緣強度。四、其它因素的影響在風(fēng)電機組電力電纜載流量的估算中，風(fēng)電機組電力系統(tǒng)的電流諧波含量、功率因素以及電纜不均流性的大小，是影響電力電纜實際載流量的重要因素，這些因素都會使電纜的實際載流量高于風(fēng)電機組的額定電流。實際應(yīng)用一、1.5MW雙饋風(fēng)電機組電纜選型在南車風(fēng)電的1.5MW高原風(fēng)電機組設(shè)計中，充分考慮了上述因素，并據(jù)表5進(jìn)行了選型

6、設(shè)計。WT1500D88高原型風(fēng)電機組的主要電氣參數(shù)為：a)發(fā)電機轉(zhuǎn)子最大電流500A;b)發(fā)電機轉(zhuǎn)子沖擊電壓2000Vpk;c)發(fā)電機定子最大電流1347A;d)發(fā)電機定子沖擊電壓690Vrms;轉(zhuǎn)子側(cè)電纜選型：5000.57=877A轉(zhuǎn)子側(cè)電纜選型優(yōu)選：2根1.8/3kV-150mm2電纜;定子側(cè)電纜選型：13470.57=2363A定子側(cè)電纜可選型為4根0.6/1kV-185mm2電纜，5根0.6/1kV-150mm2電纜;從成本考慮最優(yōu)選擇為：5根0.6/1kV-150mm2電纜。二、測試驗證在某高原風(fēng)電場，我們對南車風(fēng)電的WT1500D88風(fēng)電機組的定子電纜做了實際運行考核實驗，實驗數(shù)據(jù)見表6。由表6中數(shù)據(jù)可知，電纜的最高溫度為55.2，最大溫升為12.8K，而電纜導(dǎo)體最高運行溫度為90，實驗表明電纜的選型設(shè)計是合理安全的。結(jié)論文中詳細(xì)分析了各種環(huán)境因素對風(fēng)電機組電力電纜載流