【解析】Nysted海上风电场离岸变电站设计

本文主要介绍Nysted海上风电场离岸变电站的设计与安装过程，作为世界上第二个专为大型海上风电场设计的海上变电站，该项目获得很多的宝贵经验。文中详细介绍了海上变电站的设计理念与布局方案，对结构进行了有限元分析，对国内海上变电站的设计与安装、运维有一定的参考意义。

作者：李常 (中国能建集团装备有限公司)

1.风场基本概况

1998年丹麦政府决定开发大规模的海上风电场，选定了两个海上区域开发，Horn Rev海上风电场位于北海区域日德兰半岛西海岸之外，Nysted海上风电场位于波罗的海洛兰岛南边。

Nysted海上风电场共72台风电机组，分成8行平行的阵列，每行9台风电机组，风电机组供应商是丹麦的Bonus公司，现已被西门子公司收购，单台风机的容量为2.3MW，也是2004年Bonus所能生产的最大容量的风机，整个风电场容量为165.6MW，比Horns Rev风电场的160MW稍大一点。每个塔架有69米高，比陆上涡轮机的塔架低大约10%。

图1 Nysted海上风电场的实景图

为使容量为165MW的Nysted海上风电场顺利并网，通过计算整个电网的安全性和负载潮流，分析结果表明有必要扩容现存电网。SEAS Transmission公司实施了所有电网扩容工程，从电网技术和经济方面进行分析，内容包括风电场连接电网采用交流还是高压直流，瞬态电网稳定性，扩容Falster 和Lolland 132kV 跨海电缆等方面。最后整个工程包括海上风机连接采用总长48km的33kV电缆，以及效益成本比最高的交流技术接入电网;还包括一个33/132kV海上变电站，一条11km132kV海上到陆地的电缆和一条通往Radsted的18km132kV陆上电缆。岸上电网需要加装动态无功补偿设备，Radsted现有的132kV变电站必须添加40MVA电抗器和母线保护，此外必须安装包括65MVA电抗器和80.2MVA电容器的动态补偿器。现存的132kV陆上电网也需要扩容，包括GuldborgSund地区的2km 132kV海下电缆和Storstrømmen Sound地区的8km 132kV海下电缆，整个电网扩容工程的建设历时4年。

海上变电站的安装位置综合考虑了风机和岸上变电站的电缆连接，最优的电缆路由和成本。海上变电站的设计是由ISC咨询工程公司完成，其中的高压电缆和通讯系统设计是由SEAS公司的技术部门完成的。

2.概念设计与设备布局

Nysted海上风力发电场于2002年委托 Bladt Industries A/S建造变电站。变电站为四面围绕甲板的封闭式钢结构，总重量为670吨，尺寸为28×15×25米，主变压器一台，电压从33kV变为132kV，容量为180MVA，采用重力式基础。平台分为主设备区域(变压器，配线架和主断路器)和辅助设备区域，这些设备包括应急发电机，电池，贮藏室等和风电机组监控系统。

在考虑海上变电站的主要功能的同时需要兼顾整个平台的复合功能、效率以及经济性等因素。在建筑设计上有美观性，但是不能干扰船员的正常航行。因此ISC公司在项目的起始阶段给出了多种不同的建筑设计方案，下图就是早期的一个设计概念图。设计很具有美感，是艺术与功能的结合体，而且还设计了类似观景台的位置。

图2早期的海上变电站概念设计图

ISC公司设计中充分借鉴了其在油气平台设计领域的经验，建议topside部分采用特制的钢结构设计，所有的电气设备和辅助设备都放在topside里面，为了最大化减少海上作业时间，在安装之前，在岸上做完所有能做的测试与调试。

综合评估多种布局和外部设计方案之后，最后确定了整体的矩形模块结构，平台设计了一个开放的电缆层，基础结构采用管状的钢结构，类似于北海边缘的油气平台采用的导管架基础，这种方案相对来说更成熟，挑战性更小，减小海上的实施风险。Topside设计了一个不锈钢的外罩，可以适当阻挡阳光直射和海浪、海风侵袭。

风场距离港口的位置不算远，大概10公里，因此从降低成本考虑可以不用设置变电站的直升机平台，一般性的运输采用常规性补给船即可，考虑船只的安全性操作和平台的通达性要求，平台登陆的浪高不能超过1.5米。

为了优化变电站的主要部件布局和海缆连接方式，整个设计阶段采用CATIA软件进行三维建模，整个平台包括了钢结构、基础、设备和海缆连接，平台的详细布置如下：

图3Nysted海上变电站结构布置图