地面光伏电站中高压设备全面解说

大型地面电站由于占地面积的原因，适合新建的地方通常是距离城市较远的旷野甚至荒漠。所以发出来的电需要经过升压，长途运输才能送到使用者的手里。随着大型光伏地面电站进入大规模应用阶段，从逆变器到110kV或220kV送出的过程，离不开一系列的升压、保护、测量、监控等中高压一次设备的配套保障。

同时，在光伏组件功率及子阵的逐步增大，容配比扩大的情况下，对中高压电器的多样化需求，稳定性需求也在逐步的提升。下面基于常见的3．15MW子阵的设计方案对所涉及的中高压元件、设备进行详细介绍

35kV箱式变压器

箱变通常分为欧式箱变和美式箱变，一般在人员较多，考虑美观性及安全性等方便时采用欧式箱变，造价偏高。而当环境较偏僻时，可选用美变。

美变具有结构紧凑，成本较低。从结构及元件上来看，美变通常采用插入式熔丝，后备熔丝＋负荷开关组成，变压器多为油变；而欧式箱变通常采用SF6负荷开关＋熔断器组合电器，并且支持环网供电和终端型，变压器多为干变。此处的干变和油变主要区别在于绝缘介质，干变通常是由环氧树脂等作为绝缘介质，油变则是采用变压器油作为绝缘介质。根据光伏项目的特点目前常用的是美式箱变。

箱变内的元件

熔断器通常采用XRNT型熔断器，在过电流或短路时，熔断器熔断，内部弹簧跳开，撞针会通过相关机械连锁，使得负荷开关跳闸。当然，我们在其他场合可能会看到使用断路器的保护方式，熔断器的保护相较于断路器特点是速度快，在故障时可短时间切除，保护变压器。通常短路可以做到20ms以内开断，而中压负荷开关通常需要100ms左右的分闸时间，断路器则大概在40～80ms。所以，熔断器更适合用于执行短路保护。

负荷开关根据绝缘介质的区别，通常分为空气型、SF6绝缘型。不管哪种，负荷开关的工作仅可以开断额定电流范围内的电流。比如630A的负荷开关，在额定电压下，开断电流不可大于630A。通常需要和熔断器组合使用，实现全面的保护。

空气型负荷开关

全绝缘环网柜及C－GIS在传统配网中为了提供供电可靠性的配电设备，使供电网连接成环形，形成环网供电。具有结构简单，体积小，价格低等特点。凭借带电件全密封在SF6气体中的结构优势，也逐步在恶劣环境及出口集装箱式变压器保护回路中得到大量应用。该柜体的采用可以使方案变得更加灵活。

全绝缘环网柜的结构紧凑，有搭配熔断器组合电器的方案（比如F单元）。可用作光伏电站内的变压器高压侧保护柜。动作原理依然是在过电流时，熔断器熔断后撞针推动负荷开关机构分闸，同时使得线路接地开关接地，保证线路安全。

35kV开关柜

经过35kV箱变后，几个子阵的电流经过集电线路，汇集成一路大电流汇集至35kV配电室内的开关柜，通常型号为KYN61－40．5。根据项目规模，几路电源进线经过断路器后汇集至35kV开关柜主母线，再由35kV主母线直接连接至主变压器。这一组柜子中，通常根据不同的功能又分为电源进线，PT柜，主变进线柜，接地变，和SVG线路保护柜等。下面就根据不同类型的柜子特点分别作结构介绍

电源进线柜主要由断路器，电流互感器，带电显示器，避雷器，接地开关，零序电流互感器等构成。同时在内部分成4个独立的隔室，保证某一隔室在发生故障时不会窜入其他隔室。断路器采用手车式设计，在停电检修时拉出断路器手车，活门关闭，形成可见的隔离断口，保证人员安全。作为光伏电源进线柜时，通常额定电流不超过630A。该柜型标准方案目前最大可支持3150A，短路开断电流31．5kA，基本满足绝大多数光伏电站的并网需求。

光伏电源进线柜内部结构

配套的手车式断路器

母设柜主要提供了线路的电压信号，包括计量级、测量级及开口三角电压。手车可采用隔离手车或熔断器手车，PT的接法及参数推荐值为35／√3／0．1／√3／0．1／√3／0．1／3kV。

接地变因为35kV电网通常为中性点不接地系统，接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻，接地电阻通常很小。用于引出中性点以连接消弧线圈，当系统发生接地故障时，对正序负序电流呈高阻抗，对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作。除了可带消弧线圈外，也可带二次负载，代替站用变。

主变进线柜通常采用架空出线的方案，通过母线桥与配电室外的主变压器相连。元件及组成与光伏电源进线柜差异不大。

110kV主变压器

有损耗低、温升低、噪声低，局放低，抗短路能力强等特点。

储油柜通常选用胶囊密封或金属波纹膨胀式密封机构，使得内部的变压器油与外界空气完全隔离，保证了油箱焊缝不渗漏油。

GIS或AIS

GIS （Gas－insulated switchgear），即气体绝缘金属封闭开关设备。当然我们在传统电网中也会见到AIS（Air－insulated switchgear），即空气绝缘开关设备。GIS因使用了SF6作为绝缘介质，三相共筒式，可是占地面积大大减少，同时施工工期短，各个元件通用性强，采用积木式结构。因占地面积也是光伏电站的重要考量因素，所以在高压设备的选择上，大部分电站业主客户更倾向于使用GIS来作为送出保护。

在电气组成上，各个间隔也含有三工位隔离接地开关，断路器，快速接地开关，检修接地开关等多个回路保护器件。通常GIS的汇控柜安装于室内，用于一次设备本体的控制。包括电网出口计量的相关信号也均可从汇控柜内获得。

上述可以看出，现有传统电力设备也基本上满足了光伏电站的需求。但随着光伏行业的迅速发展，越来越多的电力设备创新也会投入到光伏市场中。