丹凤县光伏系统工程金太阳项目设计方案.doc

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1、丹凤县光伏系统工程设计方案项目名称 丹凤县金太阳（2.08MWp）示范项目 项目编号 NG-HTX-2011074 设 计 校 验 审 核 批 准 修改记录时间经办人修订内容审核批准北京能高自动化技术股份有限公司Beijing Nego Automation Technology Co.,Ltd目 录一、综合说明41、项目任务和规模42、总体方案设计43、设计引用标准和规范44、接入系统设计55、土建施工设计56、工程消防设计57、施工组织设计68、工程管理设计69、环境保护与水土保持设计6二、电气系统设计方案71、光伏发电系统并网接入概述92、光伏组件串联、逆变器、汇流箱、交直流配电柜设计原

2、则103、电站交流系统设计164、电站保护配置225、防雷接地设计266、光伏电站电缆297、丹凤县项目10KV高压并网接入系统方案图298、陕西丹凤县金太阳系统工程监控方案说明318.1 数据采集、显示及远程监控318.2 监控内容318.3 系统结构328.4 软件简介33三、 结构设计方案411、固定太阳能电池阵列的最佳倾角的计算412、固定式多晶硅方阵场设计413、光伏方阵设计424、防风沙设计434.1 建筑防风沙设计43四、消防441、工程概况和消防总体设计441.1 工程概况441.2 一般设计原则441.3 机电消防设计441.4 消防总体设计451.5 建筑（构）物火灾危险性

3、分类及耐火等级451.6 建（构）筑物构件的燃烧性能和耐火极限452、安全疏散通道和消防通道452.1屋内配电装置室安全出口452.2 建筑构建462.3 建（构）筑物移动灭火器设置46五、结论46一、综合说明1、项目任务和规模开发利用太阳能资源，符合能源产业发展方向。丹凤县具有丰富的太阳能资源，建设光伏发电站可以满足能源需求，促进经济发展，增加财政收入，提高当地人民的生活水平，同时有利于保护自然环境。本项目装机总容量 2.08MWp，光伏组件采用235Wp多晶硅组件，共计采购8880块。主要由光伏组件方阵、逆变器室、箱式变压器、电缆沟、10kV配电室、集电线路、通路工程、施工辅助工程等组成。

4、2、总体方案设计 设计只采用一种安装模式：即固定式安装。3、设计引用标准和规范SJ-249-1997光伏（PV）发电系统过电压保护导则 GBJ 50026-93 测试规范GB50057-2000建筑物防雷设计标准 GB50217-2007电力工程电缆设计规范 GB 50150-2006 电气装置安装工程电气设备交接试验标准DL/T 527-2002 静态继电保护装置逆变电源技术条件GB/T 13384-1992 机电产品包装通用技术条件GB/T 191-2008 包装储运图示标志GB/T 14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验GB 16836-1997量度继电器和保护装置安

5、全设计的一般要求DL/T 404-20073.6kV 40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备 DL/T 448-2000电能计量装置技术管理规程 DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求GB/T 20046-2006 光伏（PV）系统电网接口特性（IEC 61727:2004,MOD）GB/Z 19964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定DL/T 5044-2004 电力工程直流系统设计技术规程 GB/T 2423.1-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验A:低温试验方法GB/T 2423.2-2

6、001 电工电子产品基本环境试验规程 试验B:高温试验方法GB/T 2423.9-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb:设备用恒定湿热试验方法GB 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）（IEC 60529:1998）GB/T 4942.2-1993 低压电器外壳防护等级 GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压允许不平衡GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压允许偏差GB 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变 GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率允许偏差4、接入系统设计 根

7、据丹凤2.08MW太阳能光伏发电站的地理位置、供电范围、电网结构和电网发展规划情况考虑，在光伏发电站建设成 10kV 配电室一座，2.08MW光伏电站各光伏发电单元汇集到此处。本期2.08MW光伏发电系统以10kV 电压等级接入附近的35kV业主变配电室10kV侧，属于用户侧并网方式。5、土建施工设计 本工程土建设计主要包括：光伏组件支架基础、逆变器室、箱式变电站基础、10kV配电室、围栏等。6、工程消防设计 本工程的电气设备选择防火型，选用无油化设备，耐火电缆，注意电缆设施防火。设置消防通道，保证建筑物间距满足防火规程要求。建筑物内设置疏散通道，装设事故照明、疏散标志指示灯，按规程设置消防栓

8、、移动灭火器。建筑装修时选用难燃材料。在工程施工期间完善消防设施，配专业消防员，每天进行消防检查。7、施工组织设计 本工程土建设计主要包括：光伏组件支架基础、逆变器室、箱式变电站基础、10kV配电室、围栏等。各建筑物耐火等级按照光伏发电站设计规范GB 50797-2012中14.1.1中要求建设。本光伏电站装机容量2.08MWp，项目位于陕西省丹凤县资裕镇麻地弯宏岩铁矿，距县城较近，交通便利，所有设备和材料均可以从厂家经公路运至本规划场址区，沿途公路路面平坦，路面宽度约6m以上，满足电站设备的运输要求。场址地势开阔，地形平坦，施工安装便利。主要建筑材料如水泥、砂石、钢材等可就近采购。 根据本工

9、程的特点，在施工布置中考虑以下原则： 施工总布置遵循因地制宜、方便生产、管理、安全可靠、经济适用的原则。充分考虑光伏阵列布置的特点，统筹规划，合理布置施工设施与临时设施。合理布置施工供水与施工供电。施工期间施工布置必须符合环保要求，尽量避免环境污染。各组光伏阵列既不能互相影响又不能过于分散，必须严格按设计施工图施工。8、工程管理设计 本工程按“无人值班”及对光伏电站实施计算机集中监控的原则编制定员。光伏发电站建成后，运行管理及日常维护等由项目公司统一负责。对于光伏电站的调度运行，由电网统一调度，按照优化后的调度原则运行和管理。光伏电站的调度运行应执行电网的统一调度，以满足电网的运行要求。9、环

10、境保护与水土保持设计 太阳能光伏发电是一种清洁的再生能源。本工程建设对当地大气环境、声环境、电磁环境无影响，对生态环境影响很小，对水环境等的影响可通过采取相应环保措施及环境管理措施予以最大程度的减缓。因此，从环境保护角度来看，无制约工程建设的环境问题，工程建设是可行的。 工程在开发、建设、运行的过程中所产生的水土流失，随着水土保持措施的全面实施将会得到基本控制。本项目属于清洁能源开发工程，符合国家能源利用结构调整战略和环境保护要求。二、电气系统设计方案丹凤县2.08MWp地面光伏发电项目位于丹凤县宏岩矿业矿区附近，经现场勘察，将在业主加油站北侧地面安装太阳电池组件。占地面积约为28920m2。

11、本工程属于用户侧并网方式。地面光伏电站装机容量为2.0868MWp，距西南方向的35kV业主变配电室约1km。根据工程建设规模、供电可靠性要求以及其所发电力电量全部供当地宏岩矿业消纳平衡等综合因素分析，考虑10kV电压等级就近接入电力系统。 地面光伏电站以10kV专线接入附近的35kV业主变配电室10kV侧。注释：最终接入系统方案以接入系统审查意见为准。并网光伏发电站的方阵场如图1所示图1 光伏方阵平面布置图设计原则：1) 在整个方阵场中，方阵子场相对集中布置；2) 布局要考虑尽量减少直流侧路径长度，减少电压降； 3) 布局要考虑整体视觉美观，组件间不出现遮挡。引用标准和规范：GBJ 5002

12、6-93 测试规范GB 50150-91 电气装置安装工程电气设备交接试验标准DL/T 527-2002 静态继电保护装置逆变电源技术条件GB/T 13384-1992 机电产品包装通用技术条件GB/T 191-2008 包装储运图示标志GB/T 14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验GB 16836-1997量度继电器和保护装置安全设计的一般要求DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求GB/T 20046-2006 光伏（PV）系统电网接口特性（IEC 1727:2004,MOD）GB/Z 19

13、964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T 2423.1-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验A：低温试验方法GB/T 2423.2-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验B：高温试验方法GB/T 2423.9-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb：设备用恒定湿热试验方法GB 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）（IEC 60529:1998）GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差GB/T 15945-1995

14、电能质量 电力系统频率允许偏差GB 50059-1992 35kV-110kV变电所设计规范GB 50060-1992 35kV-110kV高压配电装置设计规范GB 311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合GB 50062-1992 电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB 50227-1995 并联电容器装置设计规范GB 50217-1994 电力工程电缆设计规范GB 50260-1996 电力设施抗震设计规范GB 50011-2001 建筑物抗震设计规范GB 50229-1996 火电发电厂与变电站所设计防火规范DL 5134-2002 变电所给水排水设计规程1、光伏发电系统并网接入

15、概述本期工程总容量为2.0868MWp，分为两个发电单元，每个发电单元容量为1.0434MWp。拟采用10kV电压等级接入系统：每个发电单元，以太阳能电池组件-直流汇流箱-逆变器-隔离变压器（每2台逆变器配置1台隔离变压器）-就地升压预装式箱变构成，发电子系统的就地升压箱变高压侧通过架空线路，接入新建10kV配电室（配电室内配置10kV计量柜1台、进线柜1台、进线隔离柜1台）后以1回，接入业主35kV配电室10kV侧1台进线柜。每个光伏发电单元配置235Wp光伏组件4440块、智能防雷汇流箱16台、直流配电柜4台、250kW逆变器4台、1台隔离变压器和1台1000kVA预装式双绕组分裂升压预装

16、式箱变。全站共配置235Wp光伏组件8880块，16路智能防雷汇流箱32台，250kW直流配电柜8台，250kW并网逆变器8台，250kVA隔离变压器4台，10kV金属铠装中置式手车柜3台（计量柜1台、进线柜1台、进线隔离柜1台）。光伏组件采用固定式安装，配置条形基础安装于地面；智能防雷汇流箱安装在组件支架上；新建两座光伏配电室，内置直流配电柜、并网逆变器、隔离变压器及通讯柜；升压预装式箱变采用户外布置；新建一座10kV配电室，内置计量柜、进线柜、进线隔离柜。图2 光伏发电单元大设计方案图上图是每个光伏发电单元的设计方案图。总的光伏发电系统由2个这样系统组成。16台16路智能汇流箱与4面直流配

17、电柜相连，通过直流配电柜与4台250kW逆变器相连，4台250kW逆变器以2台为一组分别接到1000kVA双分裂升压变压器的两个低压绕组，为防止产生环流影响系统运行的稳定性，在两个可能产生环流的逆变器间串联1台隔离变压器。最终升压至10kV，完成用户侧并网发电。 光伏系统直流侧设计太阳电池方阵的直流系统是指太阳电池组件、汇流箱、直流防雷配电箱与变流器输入直流侧所构成的系统。地面电站池板铺设方式设计，因此采用双排纵向带倾角支架上铺设，光伏组件选用235 W版型。2、光伏组件串联、逆变器、汇流箱、交直流配电柜设计原则A. 太阳电池组件串联形成的组串，其输出端电压的变化范围与逆变器的输入电压范围相符

18、合。太阳电池组串的最高输出电压小于逆变器允许的最高输入电压，太阳电池组串的最低输出电压大于逆变器允许的最低输入电压。B. 并联连接的全部太阳电池组串的总功率大于逆变器的额定功率。C. 太阳电池组件串联形成光伏组串后，光伏组串的最高输出电压不超过太阳电池组件自身要求的最高允许系统电压。根据现场气象水文资料，光伏组件串并联设计按照最低温度-15设计，20块池板串联（在-15开路电压达到750V），一般情况下电池组件工作时的电压较低（最大功率点处工作电压29.5V左右），逆变器直流侧开路只会存在于早上逆变器工作前和傍晚逆变器停止工作后，变流器故障或电网断电的情况下。清晨逆变器工作前和傍晚逆变器停止工

19、作后，太阳辐射值很小，变流器直流侧开路电压小，不会超过变流器最大直流输入值880V；当白天变流器检修或电网断电后逆变器重新投运前，根据气象水文资料，光伏组件串并联设计按照最低温度-15设计，20块池板串联组件的串联数在20块时变流器直流侧开路电压750V，此时也达不到变流器上限值。因此，经上述综合计算分析，本技术报告中确定的组件串联数为20块是可行的。1） 太阳电池组串的并联路数计算按上述最佳太阳电池组件串联数计算，每一路组件串联的额定功率容量235Wp20=4700Wp。500kW变流器光伏功率计算，需要并联的路数N521.7kW/4.7kW111路。整个电站总共444串并联设计，共需888

20、0块池板。以500kW光伏阵列设计为例：20块池板串联，111串池板并联，共需8台16路汇流箱，总功率为521.7kW。2.08MWp直流发电系统共有8880块电池组件，8台变流器，32个汇流箱及8台直流防雷配电柜。2）变流器光伏并网变流器（下称变流器）是光伏发电系统中的核心设备，采用高品质性能良好的成熟产品。逆变器将光伏方阵产生的直流电（DC）逆变为三相正弦交流电（AC），输出符合电网要求的电能。逆变器应该满足以下要求：（1）单台逆变器的额定容量为250kW。（2）并网逆变器的功率因数和电能质量满足中国电网要求，各项性能指标满足国网公司2009年7月下发的国家电网公司光伏电站接入电网技术规定

21、（试行）要求。（3）并网逆变器设备应能在本工程海拔高度地区使用，并网逆变器额定功率应满足用于本项目海拔高度的要求，其内绝缘等电气性能满足要求。（4）并网逆变器的安装应简便，无特殊性要求。（5）并网逆变器应采用太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)。（6）并网逆变器250kW安全运行3年以上经验。（7）并网逆变器能够自动化运行，运行状态可视化程度高。显示屏可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据，总发电量数据，历史发电量（按月、按年查询）数据。（8）并网逆变器具有故障数据自动记录存储功能，存储时间大于10年。（9）并网逆变器本体具有直流输入和交流输出分断开关，紧急停机操作开关；（

22、10）并网逆变器具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过温保护、交流过流及直流过流保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及并网逆变器本身的接地检测及保护功能等，并相应给出各保护功能动作的条件和工况（即何时保护动作、保护时间、自恢复时间等）。（11）并网逆变器平均无故障时间不低于10年，使用寿命不低于25年。（12）并网逆变器整机质保期不低于2年。（13） 并网逆变器控制装置应带RS485或以太网通信接口。并网逆变器除满足以上要求外，还满足国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）的技术要求。以上技术条件均满足。SunVert250HE电气原理框图如下图所示：

23、表1. 变流器技术参数逆变器参数产品型号SunVert 250HE推荐光伏组件功率（PPV） 275kWp最大直流输入电压（UDC,MAX） 880V最大直流输入电流（IDC,MAX）600A直流输入路数 8额定交流功率（PAC,NOM）250kW额定交流电流（IAC,NOM） 535A交流电流畸变率（THD） 0.99（额定功率情况下）最大效率（MAX）98%加权平均效率（WAE）97.5%待机状态功耗（PSTA）40W冷却方式 强迫风冷防护等级IP20防雷等级 C 级（第级）接地方式 IT/TT/TN-S/TN-C外形尺寸（宽/高/深）mm 1400/2000/850重量1300kg工作环

24、境要求-2550，湿度 90%，海拔高度（1）min，1.2INI1.5IN 光伏电站连续可靠运行时间T（10） s当检测到电网侧发生短路时，光伏电站向电网输出的短路电流应不大于额定电流的（150）%。13防孤岛效应光伏电站必须具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的能力，期防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。防孤岛保护必须同时具备主动式和被动式两种。满足要求14恢复并网20sT5min（20）sT（5）min15功率因数-0.980.98-（0.98）（0.98）16防雷和接地光伏电站和并网点设备的防雷和接地，应符合SJ/T11127光伏（PV）发电系统过电压保护-导则中的规定，不得与市电配电

25、网共用接地装置。光伏电站并网点设备应按照IEC60364-7-712建筑物电气装置第7-712部分：特殊装置或场所的要求 太阳光伏（PV）发电系统的要求接地/接保护线。满足要求17电磁兼容光伏电站应具有适当的抗电磁干扰的能力，应保证信号传输不受电磁干扰，执行部件不发生误动作。同时设备本身的电磁干扰不应超过相关设备标准。满足要求18耐压要求光伏电站的设备必须满足相应电压等级的电气设备耐压标准能够满足耐压标准19抗干扰要求当并网点的闪变值满足GB12326-2008电能质量电压波动和闪变、谐波值满足GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波、三相电压不平衡度满足GB/T15543-2008电

26、能质量三相电压不平衡的规定时，光伏电站应能正常运行全部能够满足20正常运行信号在正常运行情况下，光伏电站向电网调度机构提供的信号至少应当包括：光伏电站并网状态、辐照度；光伏电站有功和无功输出、发电量、功率因数；并网点的电压和频率、注入电力系统的电流变压器分接头档位、主断路器开关状态等全部能够上传所列数据 光伏电站输配电系统电站输配电交流系统：指变流器交流输出侧到升压站主变压器高压侧出线，经过10kV高压配电室到业主35KV变配电室10kV侧。1）电气主接线：全站共设二级电压：0.27V、10kV。其中0.27V为变流器输出电压，10kV为太阳能电池方阵逆变升压电压，分别有0.27V配电段、10

27、kV光伏发电升压配电段。变流器交流输出电压270V，4台250kW逆变器交流输出接入一台1000kVA变压器，将电压从270V升至10kV，形成一个1MWp光伏发电单元。2.08MWp光伏发电系统发出电能经逆变升压至10kV后，由10kV架空线路送入新建的10kV配电室经计量及保护后接入业主的35kV变配电室10kV侧一进线单元。2）升压变压器：本项目设置2台光伏组合式箱变，型号：ZGS-Z-1000/0.27-10kV 105% 阻抗电压Uk%=4.5% D(yn11- yn11)，实现变流器输出270V升至10kV。升压变压器高压侧线路架空敷设接至新建10kV配电室内。3） 高压配电柜：

28、本项目新建高压配电室内，选用高压配电设备为金属铠装式中置手车柜，型号KYN28-10kV。共配置3台：1台进线隔离柜、1台进线柜、1台计量柜。系统电压10kV；系统最高电压：12kV；系统额定频率：50HZ；安装地点：户内；安装方式：土建基础上安装；额定短路开断电流：31.5kA；额定短路持续时间：4s；额定短时耐受电流：31.5kA；额定峰值耐受电流：80kA；防护等级：IP4X；雷电冲击耐受电压：75kV；1min工频耐受电压：42kV。 站用电电源光伏配电室检修及照明电源，取自升压箱变内照明变压器。4、电站保护配置1）逆变器保护配置 电网电压响应 对于单相交流输出220V逆变器，当电网电

29、压在额定电压的-15%到+10%范围内变化时 ，逆变器应能正常工作。对于三相交流输出380V逆变器，当电网电压在额定电压10%范围内变化时，逆变器应能正常工作。如果逆变器交流侧输出电压等级为其他值，电网电压在GB/T 12325中对应的电压等级所允许的偏差范围内时，逆变器应能正常工作。逆变器交流舒小虎端电压超出此电压范围时，允许逆变器切断向电网供电，切断时应发出警示信号。逆变器对异常电压的反应时间应满足下表的要求。在电网电压恢复到允许的电压范围时逆变器应能正常启动运行。此要求适用于多相系统中的任何一相。电网电压的响应表电压（逆变器交流输出端）最大跳闸时间V0.5 V标称0.1s50% V标称V

30、85% V标称2.0s85% V标称V110% V标称继续运行110% V标称V135% V标称2.0s135% V标称V0.05s最大跳闸时间是指异常状态发生到逆变器停止向电网供电的时间。主控与检测电路应切实保持与电网的连接，从而继续监视电网的状态，使得“恢复并网”功能有效。 电网频率响应 电网频率在额定频率变化时，逆变器的工作状态应满足下表的要求。当因 为频率响应的问题逆变器切出电网后，在电网频率恢复到允许运行的电网频率时逆变器能重新启动运行。电网频率的响应表频率范围逆变器响应低于48Hz逆变器0.2秒内停止运行48-49.5Hz逆变器运行10分钟后停止运行49.5-50.2Hz逆变器运行

31、2分钟后停止运行，此时处于停止状态的逆变器不得并网高于50.5Hz逆变器0.2秒内停止向电网供电，此时处于停运行状态的逆变器不得并网 防孤岛保护 光伏电站必须具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧保护相配合。光伏电站的防孤岛保护必须同时具备主动和被动两种方式，应设置至少一种主动和被动防孤岛保护。主动防孤岛方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等；被动防孤岛保护方式主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等。 恢复并网保护 系统发扰动后，在电网电压和频优选法恢复正常范围之前，光伏电站不允许并网，且在系统电压频率恢复正常后，光伏电站需要经过一个可调的延时时间后才能重新并网。 过/欠频保护 当逆变器交流输出端电压的频率超出电网额定频优选法的0.5HZ时，逆变器应在0.2S内停止向电网供电，同时发出警示信号。 过流保护 逆变器对交流输出应设置过流保护。逆变器的过电流应不大于额定电流的150%，并且在0.1S内停止向电网供电，同时发出警示信号。故障排除后，逆变器方能恢复供电。 防反放电保护