一种风机与架空集电线路电气安全距离校核方法与流程

1.本发明涉及风力发电场设计的技术领域，具体涉及一种风机与架空集电线路电气安全距离校核的方法。


背景技术：

2.风力发电场设计内容包含风机选址布置和集电线路设计。风机在风力发电场内的布置，应根据场地的地形、分貌及场内已有设施的位置综合考虑，充分利用场地范围，选择布置方式；并应根据场区主导风向，合理确定风机行距、列距，减少风机尾流影响。风电场集电线路宜优先采用架空集电线路，架空集电线路路径选择应根据风机及施工维护道路的布置情况进行确定，应避免风机施工、维护时与架空集电线路相互干扰。风机正常运行时，要求不对架空集电线路的安全运行造成影响，风机叶片与架空集电线路边导线及地线应满足足够的电气安全距离。
3.当前技术中没有对风机与架空集电线路电气安全距离分析全面、校核准确的成熟方法，如《风机与架空集电线路的距离对风电场安全性和经济性的影响》文献中采用风机塔筒中心线与铁塔中心线构成的平面作为风机叶尖扫风面，通过计算风机叶尖与集电线路铁塔顶端的距离，进行风机与架空集电线路之间距离的安全校核与经济性分析，此种方法存在校核用风机叶尖扫风面选择不准确、极端情况下风偏因素未考虑、铁塔顶端作为架空集电线路的最小距离分析点选择不正确等不足，该方法极有可能导致校核结果不正确；又如《一种风电场集电线路路径规划方法及研究》发明专利(专利号cn201711305046.4)中提出当风机机头的叶片扫风面旋转到正好垂直到集电线路路径时，校核叶片尖距离架空集电线路地线的距离是否大于5m，如果大于5m，则风机与架空集电线路的电气安全距离满足要求，该专利中提及的方法存在步骤描述过于简单、安全距离选取5m的依据不充分、校验分析和计算过程缺失等不足，导致该方法的实际操作性欠缺。


技术实现要素：

4.鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供一种风机与架空集电线路电气安全距离校核方法，通过全面考虑安全距离校核影响因素，从而提高校核结果的准确度，能让风电场设计人员方便快捷地对风机与架空集电线路的布置定位做出安全判断。
5.为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：
6.一种风机与架空集电线路电气安全距离校核方法，包括以下步骤：
7.步骤1、根据风机基础高程、风机轮毂高度、叶片长度、塔筒顶端挠度信息绘制风机叶尖扫风圆图形；
8.步骤2、根据风机平面布置图和架空集电线路平面路径图，测量风机塔筒与铁塔中心距和风机塔筒中心与集电线路最短距离；
9.步骤3、通过对比步骤2所测量的距离，判断出风机与架空集电线路最小静空距离，绘制扫风面图形，计算出架空集电线路在扫风面上的位置；
10.步骤4、根据步骤3所绘的扫风面图形，结合铁塔型号及参数、导地线型号及参数、绝缘子串型号及参数、气象条件等信息，绘制风机与架空集电线路最小静空距离剖面图；
11.步骤5、根据步骤4所绘制的最小静空距离剖面图，可测量风机与架空集电线路地线的最小静空距离和风机与架空集电线路边导线的最小静空距离；
12.步骤6、参照规范文件，分别对风机与架空集电线路地线的最小静空距离和风机与架空集电线路边导线的最小静空距离和离进行校核，并判断风机与架空集电线路是否满足安全距离要求。
13.优选的方案中，步骤1中，在绘制风机叶尖扫风圆图形时，考虑风机偏航过程中塔筒顶端挠度对叶尖扫风圆的影响，需计算塔筒顶端挠度；
14.优选的方案中，步骤3中，比较风机塔筒与铁塔中心距和风机塔筒中心与集电线路最短距离的大小；
15.当风机塔筒与铁塔中心距大于风机塔筒中心与集电线路最短距离时：风机叶片旋转到垂直集电线路路径的扫风面为风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面；
16.当风机塔筒与铁塔中心距等于风机塔筒中心与集电线路最短距离时：风机叶片旋转到铁塔中心的扫风面为风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面。
17.优选的方案中，步骤4和5中，绘制风机与架空集电线路最小静空距离剖面图需考虑以下两种情况：
18.当风机塔筒与铁塔中心距大于风机塔筒中心与集电线路最短距离时，绘图时还需考虑铁塔基础高程、风机基础高程、风机轮毂高度、铁塔呼称高、导线在距离铁塔水平距离垂直下降高度、地线在距离铁塔水平距离的垂直下降高度、导线风偏角、地线风偏角、导线绝缘子串水平风偏位移；
19.当风机塔筒与铁塔中心距大于风机塔筒中心与集电线路最短距离时，在不考虑绝缘子串和跳线的影响情况下，绘图时只需考虑铁塔基础高程、风机基础高程、风机轮毂高度、铁塔呼称高。
20.优选的方案中，步骤6中，依据《66kv及以下架空电力线路设计规范》(gb 50061-2010)，当测量出的风机与架空集电线路边导线的最小静空距离和都满足第12.0.10条和表12.0.10内容要求，同时风机与架空集电线路地线的最小静空距离大于安全裕度1米时，则可判断出该风机与架空集电线路满足电气安全距离要求，校验结果合格。
21.本专利可达到以下有益效果：
22.本发明提供的一种风机与架空集电线路电气安全距离校核方法，通过全面考虑安全距离校核影响因素，从而提高校核结果的准确度，并且采用制图软件就可以得出校核结果，能让风电场设计人员方便快捷地对风机与架空集电线路的布置定位做出安全判断，适合在风电场设计领域推广使用。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
24.图1为本发明风机叶尖扫风圆图形；
25.图2为本发明l1＞l2时风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面；
26.图3为本发明l1＝l2时风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面；
27.图4为本发明l1＞l2时风机与架空集电线路最小静空距离剖面图；
28.图5为本发明l1＝l2时风机与架空集电线路最小静空距离剖面图；
29.图6为本发明实施例中风机叶尖扫风圆图形；
30.图7为本发明实施例中风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面；
31.图8为本发明实施例中风机与架空集电线路最小静空距离剖面图；
32.图9为本发明实施例中风机与架空集电线路电气安全距离校核图。
33.图中：风机基础高程h
f1
、风机轮毂高度h
f2
、铁塔基础高程h
f3
、叶片长度r、塔筒顶端挠度y、风机轮毂中心o、挠动后的轮毂中心o'、风机塔筒与铁塔中心距l1、风机塔筒中心与集电线路最短距离l2、铁塔呼称高h、导线在距离铁塔水平距离l垂直下降高度y1、地线在距离铁塔水平距离的垂直下降高度y2、导线风偏角η、地线风偏角φ、水平风偏位移da、风机塔筒中心o1、集电线路铁塔中心02。
具体实施方式
34.一种风机与架空集电线路电气安全距离校核方法，具体实施步骤如下：
35.步骤1、根据风机基础高程h
f1
、风机轮毂高度h
f2
、叶片长度r、塔筒顶端挠度信息绘制在有、无挠动时风机叶尖扫风圆图形(如图1所示)，绘图采用autocad绘图软件进行等比率绘制和测量，绘制风机叶尖扫风圆图形时，需计算塔筒顶端挠度y＝δy
·
hf2(δy是塔筒顶端挠度限制)；
36.步骤2、根据风机平面布置图和架空集电线路平面路径图，测量风机塔筒与铁塔中心距l1和风机塔筒中心与集电线路最短距离l2；
37.步骤3、通过对比步骤2所测量的距离，判断出风机与架空集电线路最小静空距离，绘制扫风面图形，绘图采用autocad绘图软件进行等比率绘制和测量，计算出架空集电线路在扫风面上的位置；
38.所述风机与架空集电线路最小静空距离共有两种情况：
39.当l1＞l2时：风机叶片旋转到垂直集电线路路径的扫风面为风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面(如图2所示)；
40.当l1＝l2时：风机叶片旋转到铁塔中心的扫风面为风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面(如图3所示)；
41.步骤4、根据步骤3所绘的扫风面图形，结合铁塔型号及参数、导地线型号及参数、绝缘子串型号及参数、气象条件等信息，绘制风机与架空集电线路最小静空距离剖面图(如图4、图5所示)，绘图采用autocad绘图软件进行等比率绘制和测量；
42.绘制风机与架空集电线路最小静空距离剖面图需考虑以下两种情况：
43.当l1＞l2时，绘图时还需考虑铁塔基础高程h
f3
、风机基础高程h
f1
、风机轮毂高度h
f2
、铁塔呼称高h、导线在距离铁塔水平距离l垂直下降高度y1、地线在距离铁塔水平距离的垂直下降高度y2、
44.导线风偏角η＝arctan(γ4/γ1)、地线风偏角φ＝arctan(γ4/γ1)(γ1为导线或地线自重比载，γ4为导线风荷载比载)、
45.导线绝缘子串水平风偏位移(λ是耐张绝缘子串长度,gh
是耐张绝缘子串所受风压，g4是单位风荷载，l是档距,t是相导线水平张力)；
46.当l1＝l2时，在不考虑绝缘子串和跳线的影响情况下，绘图时只需考虑铁塔基础高程h
f3
、风机基础高程h
f1
、风机轮毂高度h
f2
、铁塔呼称高h。
47.步骤5、根据步骤4所绘制的最小静空距离剖面图，测量出风机与架空集电线路地线的最小静空距离ld和风机与架空集电线路边导线的最小静空距离l
b1
和l
b2
；
48.步骤6、依据《66kv及以下架空电力线路设计规范》(gb 50061-2010)，分别对风机与架空集电线路地线的最小静空距离ld和风机与架空集电线路边导线的最小静空距离l
b1
和l
b2
离进行校核，当测量出的风机与架空集电线路边导线的最小静空距离l
b1
和l
b2
都满足第12.0.10条和表12.0.10内容要求，同时风机与架空集电线路地线的最小静空距离ld大于安全裕度1米时，则可判断出该风机与架空集电线路满足电气安全距离要求，校验结果合格。
49.实施例:以某风电场9#风机与架空集电线路的电气安全距离校核为例：
50.步骤1、根据风机基础高程3029.3m、风机轮毂高度85m、叶片长度65.5m、塔筒顶端挠度信息绘制风机叶尖扫风圆图形(如图6所示)(图中塔筒顶端挠度距离为0.43m，塔筒顶端挠度限制为5/1000)；
51.步骤2、根据风机平面布置图和架空集电线路平面路径图，测量风机塔筒与铁塔中心距l1为39.7m，测得风机塔筒中心与集电线路最短距离l2为37.56m；
52.步骤3、通过对比步骤2所测量的距离，测量风机塔筒与铁塔中心距大于风机塔筒中心与集电线路最短距离(l1＞l2)，因此可判断风机叶片旋转到垂直集电线路路径的扫风面为风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面，画出风机叶尖距离架空集电线路静空距离最小时的扫风面(如图7所示)，计算出架空集电线路在扫风面上的位置；
53.步骤4、根据步骤3所绘的扫风面图形，考虑到35kv集电线路铁塔采用35b6-j1型、导线型号jl/g1a-120/25、地线型号opgw-24b1-50、耐张绝缘子串型号u70bp/146、最大风速33.0m/s；通过测量得到铁塔基础高程为3026.9m、铁塔呼称高h为15m、导线在距离铁塔水平距离l垂直下降高度为1.26m、地线在距离铁塔水平距离的垂直下降高度0.89m；
54.通过计算得到导线风偏角为56.6
°
、地线风偏角为54.2
°
、导线绝缘子串水平风偏位移为0.06m；
55.绘制风机与架空集电线路最小静空距离剖面图(如图8所示)；
56.步骤5、根据步骤4所绘制的最小静空距离剖面图，可测量风机与架空集电线路地线的最小静空距离为10.64m；风机与架空集电线路边导线的最小静空距离为12.35m和15.26m(如图9所示)；
57.步骤6、查阅《66kv及以下架空电力线路设计规范》(gb 50061-2010)表12.0.10可知要求35kv边导线与建筑物间的最小距离为3.0m，该距离均大于风机与架空集电线路地线的最小静空距离和风机与架空集电线路边导线的最小静空距离，因此，本例中的风机设备满足电气安全距离要求，该风电场9#风机与架空集电线路的电气安全距离校核合格。
58.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。