高可靠性WS-G产品在高海拔风电场的应用

司咏青，李绍军，王 莉

(施耐德电气(中国)有限公司，北京 100102)

凉山州是四川省风能资源最丰富的地区之一，凉山州风电技术可开发量约1 500万kW，全州17县(市)均具备可开发风电资源。为了充分利用凉山州丰富的风能资源，2020年和2021年，大唐凉山新能源有限公司在四川省凉山州普格县境内分别建设了容量为132.5 MW的大唐普格甘天地二期风电场，以及容量为99.2 MW的大唐普格采乃风电场，为打造百万级风电开发建设基地迈出坚实一步，助力凉山州建成全国重要清洁能源产业基地，实现绿色发展的重要一步。

凉山州丰富的风能资源为风能项目的开发创造了良好的条件，但高海拔地势也为风电项目的开发增加了不小的挑战。大唐凉山普格采乃风电场地处凉山州普格县境内高原山区，风机海拔跨度3 200～3 800 m；甘天地二期项目施工区域则在普格高原山区一条南北向山脊及其支脉上，海拔在3 530～3 950 m。

高海拔风电场的恶劣自然环境对相关电力设备提出了更高的要求，开关柜作为风电场的关键设备之一，其质量和可靠性更是决定高海拔风电场开发建设成败的关键要素之一。

1 高海拔风电场对开关柜的质量和可靠性的更高要求

1.1 高海拔风电场环境恶劣

四川省凉山州普格县地形地貌特征为三山夹两沟，即螺髻山脉、中梁子和乌科梁子夹黑水河、侧木河。普格采乃风电场和甘天地二期风电场，就处于这三山夹两沟的高原无人区，气候条件恶劣，雨雪和云雾天气多，昼夜温差大，道路交通条件差。

1.2 高海拔风电场对开关设备影响

海拔的高度和气压水平成反比关系，也就是海拔高度越高，气压水平越低，空气密度越小越稀薄，湿度越低，越干燥。

在高海拔地区，随着空气越稀薄，太阳日照辐射的穿透力越强，白天地面吸收热量越多，温度越高；晚上地面失去热量速度越快越多，温度越低，导致昼夜温差明显。

高海拔对开关设备的影响是多方面的，但主要影响集中在电晕、温升和外绝缘等。

1)由于海拔增加，高压设备的交流电晕起始电压降低，因而电晕现象比平原地区更为严重。电晕增加电能损耗，加速绝缘老化和金属腐蚀，同时对无线电产生干扰。

2)当海拔增加时，空气密度降低，散热条件变坏，使高压电器和开关设备在运行中的温升增加。

3)海拔增加时，由于空气稀薄气压降低，空气绝缘强度减弱，高压电器外绝缘水平降低。对于海拔高于1 000 m但不超过4 000 m的高压电器外绝缘，海拔每升高100 m，其外绝缘强度降低0.8%～1.3%[1]。

高海拔地区受环境恶劣等不利条件的影响，需要开关设备能够耐受严酷环境条件，设备稳定可靠，以免因设备故障影响风电场的发电效率，增加维护成本，从而影响整个风电项目的经济效益。

2 施耐德电气安全可靠的开关柜能够满足高海拔风电场需要

大唐普格采乃和甘天地二期风电场项目是大唐集团打造百万风电基地的重点项目，为了保证高海拔地区风电场项目的顺利实施，大唐凉山新能源有限公司采购施耐德电气生产的WSG产品，助力高海拔风电项目的顺利实施，为风电场带来了稳定的收益。

2.1 施耐德电气WS-G产品优势

2.1.1 GIS(气体绝缘开关柜)和AIS(空气绝缘开关柜)相比，前者更适合高海拔风电场的需求

在采乃和甘天地二期项目中，为什么要选择GIS产品？答案显而易见。在同AIS产品的比较中，GIS的产品表现出来的优势更加适合高海拔风电场的需求。

GIS产品耐腐蚀，可抵御高海拔恶劣的运行环境，提供最佳的供电连续性，并提供给操作者更高的安全保护。同时，GIS产品占地小，在最小的空间里为客户提供最大的功率输出，维护工作量少。

2.1.2 施耐德WS-G产品的核心竞争力

1)WS-G充气柜介绍。施耐德电气WS-G充气柜是将断路器、隔离开关、接地开关及母线等高压元器件密封在充有SF6气体的封闭壳体内的一种金属封闭开关设备。由于整个高压系统处于完全封闭的状态，所以不受环境影响，具有整体小型化、高可靠性、免维护等特点。

由于不受外界环境的影响，免维护及结构紧凑，一般用于空气绝缘柜不宜使用的地方，比如高海拔地区，温度变化大和高湿环境(如湿热地区)，高污染环境，以及安装空间紧凑的场合。

特别是高海拔地区，由于空气稀薄，如果用空气柜绝缘开关柜，要求的绝缘距离就会增加。海拔越高，增加的越多，导致海拔特别高的地方，空气绝缘开关柜很难满足绝缘要求。在这种情况下，WS-G充气柜的优点就完全体现出来了。

WS-G充气柜设计能满足海拔5 000 m的使用要求。专门为高海拔设计的气箱，强度完全能满足高海拔使用要求，气箱变形量在设计范围内，可在高海拔地区可靠安全运行。

2)WS-G充气柜特点。①全参数覆盖，最高参数可至40.5 kV，3 150 A，40 kA/4 s；②金属封闭，气体绝缘；③不锈钢气箱焊接工艺；④三相共箱，母线室、断路器室相互独立；⑤燃弧等级A FLR 40 kA/1s；⑥丰富的智能化选配方案；⑦密封气室符合IEC 最新的版本IEC62271-1。

3)WS-G充气柜产品优势。①产品有完善的联锁系统，确保操作人员时刻处于安全状态。②带电的中压部件安装在充有气体的密封气室中，不受风场恶劣环境影响。③每个气室均有机械或电气检测装置，分别具有独立的泄压装置。④不锈钢铬镍钢制成的气箱，实现免维护。⑤断路器机械寿命10 000次；隔离/接地三工位开关机械寿命10 000次；气体年泄漏率不大于0.01%年；断路器额定短路电流开断次数50次，性能优异。⑥储存小，母线PT柜可取消，以减少对升压站空间和占地面积的需求，节约成本。⑦在安装，排列扩展或拆卸开关柜的过程中，无需现场充放气操作。⑧通过高海拔应用检测，获得权威实验机构高海拔试验报告，适用于4 500 m高海拔的环境。⑨气室安装有自封阀，用于产品寿命到后期的气体回收和再利用，重视环境保护。⑩创新的B-link专利技术，改善了母线连接。

每台WS-G开关柜(见图1)的母线按系统要求安装在独立的充气室内。它们被整合在绝缘气体监测系统中，不受外部环境的影响。与相邻开关柜母线的连接是通过我们创新的母线连接系统：B-link连接。

图1 WS-G充气开关柜

B-link连接系统不需要任何的维护。它在用户现场安装容易且不需要气体处理。当扩展或更换开关柜时，无需气体处理，也不会影响气室。B-link连接系统采用的电压控制技术、外壳接地、柔软耐用的硅橡胶绝缘件使开关柜的连接简便，电场分布更均匀。

B-link系统的更进一步优点包括：所有的硅橡胶绝缘件已在工厂时就已被安装在开关柜上，并进行局放试验。

B-link系统的现场安装实现可视。当相邻的开关柜的B-link连接系统拆卸后，分离的母线之间形成绝缘距离，而不需要气体处理。如果必要，针对整个母线系统或一台开关柜，可分别测量每一段母线的电阻。

2.2 施耐德电气高品质的售后服务为客户保驾护航

服务往往十分考验一家企业的综合实力，在项目现场，企业的组织协调能力、员工素养等会经受全面的检验。尤其在高海拔风电场，对企业的售后服务也提出了更高的要求。施耐德电气凭借专业、及时和周到的服务，赢得了业主方的信任和高度认可。

高海拔风电场的天气瞬息万变，如果一旦错过适合施工的天气，下一次往往需要等很多天，再加上预防新冠肺炎疫情的相关要求，对企业服务的及时性提出了很高的要求。为了配合施工方的安装和调试计划，施耐德电气在接到客户的安装请求后，通过遍布全国的服务网络，提前调配适合防疫要求的服务人员，第一时间赶到项目现场，为项目的顺利开展赢得宝贵时间。

在项目现场，施耐德电气售后服务人员为现场施工人员提供现场安装调试培训工作，让现场施工人员能更好更快的熟悉施耐德电气产品的使用和安装知识，顺利帮助施工方完成安装和调配任务。

3 高海拔风电场采用国际一线品牌开关柜对风电项目的意义

风电行业步入平价上网时代后，风电企业面临的是真刀真枪的市场竞争，整个行业更加注重结果导向，同时关注风电项目在全生命周期内的投资回报。

降低成本、提高风电场发电效率成为风电高质量发展的核心。据统计，在风电全寿命周期内，维修成本平均约占总成本的23.5%，和电气系统相关的维修成本比例约为60%。

另据开发商统计，风电场电气相关系统故障次数占总故障次数的比例为77.4%，引发停电时间权重为84.2%。其中，电气设备为主要故障点。

路遥知马力，离开产品的高可靠性这一基本的保障，风电的成本和效率也无从谈起。因此，在高海拔风电场建设之初，选择高品质、高可靠性的一线国际品牌产品，不仅能减少电气设备故障发生次数，从而减少风电场的停机时间，保证供电连续性，提高发电利用率；同时，由于产品更高的可靠性，减少在风电场全生命周期内的维护成本，从而在一定程度上，降低了风电场的度电成本，增加了风电场的盈利水平。大唐普格采乃和甘天地二期两个风电场自投运后，面对风场现场可达性差，环境恶劣、高海拔等诸多不利因素，施耐德WSG充气柜以其优异的严酷环境耐受能力、突出的免维护特点，高品质的质量水准，一直运行稳定，为整个风场的高效运行，奠定了坚实的基础。

从风电场在全生命周期内提高更高投资回报率的角度来着眼，在高海拔风电场的恶劣环境条件下，为了保证风电场的有效运营，选用高品质、高可靠性的国际一线品牌开关柜产品具有十分重要的意义。大唐凉山新能源公司的选择充分体现了前瞻性及战略眼光。

4 风电场投运对当地的意义

在凉山州3 000多米海拔的高原上，一座座白色风机将大自然赐予的清洁能源源源不断送往凉山州的千家万户。

凉山州是全国最大的彝族聚居区，国家“三区三州”深度贫困地区之一，是四川省脱贫攻坚的主战场。

建成后的普格甘天地二期风电项目总装机规模131.11 MW，并网发电后，每年可提供清洁电力3.6亿kW·h，每年可节约标准煤11.54万t，减少CO2排放量约42.82万t。普格采乃风电场项目建成后，预计每年可提供1.97亿kW·h的清洁电力，每年可减少使用7.41万t标准煤，减排23.49万t CO2。

通过源源不断地为当地输送绿色清洁能源，不仅将有力缓解凉山州当地电网缺电现象，对调整四川省能源结构、促进节能减排、完善电网结构也具有重要意义。同时，大力发展清洁能源产业，也将显著带动地方经济社会加快发展和环境保护。

5 结 语

在双碳目标的引领下，大唐新能源集团加快新能源开拓的步伐，在高海拔地区捷报频传，施耐德电气作为全球能源管理和自动化领域的专家，积极参与高海拔风电项目，为项目提供高品质、高可靠性的WSG产品。凭借产品优势，树立了在高海拔风电场应用的标杆，为推动我国风电行业高质量发展，以及双碳目标的实现贡献力量。同时，对调整四川省能源结构，带动地方经济社会加快发展也有很大的积极作用。