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三、Borkum West II海上变电站
德国Borkum West II海上风场容量400MW,离岸45公里,水深30米,风场采用Multibrid5MW机组,采用HVDC(轻型直流输电)输电方式。Topside重2500吨,尺寸为30×35×26m。
图9 Borkum West II海上变电站
风场的海上变电站内部采用2台220MVA 33/155kV的变压器,还包括直流换流阀组等核心部件,这个项目其中的一个亮点是变压器的冷却系统采用海水冷却,如下图所示。该系统应用的高效冷却方式不仅用在变压器上,而且根据气候变化情况应用到其他的设备中。
海水冷却泵设计采用n-1原则,每台变压器设置两台循环泵,同时还设计了两个自动清洗的海水过滤器。主冷却回路采用了套管式换热器,一旦换热器的管道泄漏,可以很快检测到,以便最大程度的保护油循环系统,防止大量水分渗入。
图10 海水冷却系统原理图
四、HelWin alpha海上变电站
HelWin alpha海上风场容量576MW,采用HVDC(柔性直流输电)技术,由荷兰Tennet电网公司、西门子和普瑞斯曼电缆公司共同实施海上换流站的工程项目,西门子委托Nordic Yards进行平台建造,平台的结构与BorWin Beta风场的平台结构基本一致。平台topside重量12000吨,尺寸为70×50×35米,±250kV,采用的西门子漂浮自升式平台,topside设计为全密封形式,平台内部设计了7层甲板,设置16个休息间,可供24位工作人员休息的床位,还设置有厨房、卫生间、含体育设施的多功能房间,以及一个可观看卫星电视的房间,其他的换流阀、变压器、高压开关和其他辅助设备设置在离人员休息较远的地方,如下图所示:
图11 HelWin alpha海上柔性直流换流站
平台于2013年8月开始安装,海上历时11天完成安装。平台制造直接在船坞进行,建造完毕之后拖拽至海上安装点(非平底驳船运输),平台重量超过12000吨,超过浮吊的起重能力,因此安装采用了低位浮托模式,即采用常规浮托安装方案将组块载荷转移到导管架上,再利用液压提升系统提升组块至设计高度。安装时平台桩腿的6个插尖开始与导管架上的6个LMU(桩腿对接缓冲装置)对接,在落潮和驳船压载的双重作用下,平台组块与驳船分离,载荷逐渐落在导管架上,驳船退出导管架槽口。此后,安装工程进入提升作业阶段,在液压千斤顶的牵引下,平台组块开始缓慢提升到海平面22米高度,到此完成了安装的主要步骤。
HelWin alpha海上变电站平台是一个综合性的平台,与传统的海上油气平台的设计类似,与前面Barrow等交流平台不一样,直流平台的挑战更大,是目前海上风电输电领域最前沿、难度最大的工程技术领域,国内的海上风电技术与国外的差距还很大,还有一段艰难的路要走。
结论:海上变电站的设计、安装、施工是一个复杂的系统工程,需要多种技术、多个公司紧密配合才能完成,各个环节出现问题,在海上就会以倍数的形式放大,因此在项目的设计之初就需要进行全面的分析,充分借鉴国外的经验,利用国外的设计与认证标准,开展国内的海上变电站研究与工程项目建设。
参考文献:
http://www.4coffshore.com/windfarms/hvdc-converter-helwin-alpha-(cluster-4-converter-1-in-o-nep)-cid5.html
http://www.4coffshore.com/windfarms/substation-borkum-phase-2-substation-sid280.html
http://www.overdick.com/projects/offshore-wind/helwin_alpha
http://www.renewable-technology.com/projects/borkum-westii-offshore-wind-farm/
Innovative platform solutions with integrated design for offshore AC substations from 60 MW to 800 MW - experience from realized projects and future challenges,Sven Höpfner; Uwe Gierer;Rid Cooke,2008
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