淺析風電場接地系統運行方式的選擇

李志剛

摘要：大型風電場匯集線系統運行可靠性如何，在很大程度上影響了電網運行的穩定性，而接地故障又是影響風電場匯集線系統運行效果的主要因素。一經匯集線系統出現接地故障，就會因為電弧不能自動熄滅而產生間歇性電弧，或者是諧振引起的過電壓，最終會導致電纜絕緣被擊穿，或者避雷器爆炸等事故。本文就風電場匯集線系統特征進行了分析，并以提高電網運行穩定性為目的，對多種接地方式進行了分析。

關鍵詞：風電場;接地系統;接地處理

大型風電場風力發電機組間距一般都比較大，一般情況下出口電壓經過箱式變壓器升壓到35kV，然后通過35kV匯集線送往風電場升壓站，最后再進行過升壓處理后才會接入大電力系統中[1]。就現在風電場建設情況來看，大部分匯集線都是選擇用35kV電纜或者架空線的方式，但是因為風電場面積都比較大，則匯集線線路比較長，導致35kV系統電容電流比較大，為保證線路運行安全性，必須要做好匯集線的接地處理，對保障電網的運行穩定具有重要意義。

1.風電場35kV匯集線系統運行特點

第一，受風電場內風力發電機組間距影響，風電場內匯集線網絡線路距離比較長，一般情況下匯集線電纜電容電流會比較大，大概是等長度普通電纜的25～50倍。不同的電纜電容電流不同，其中單芯電纜電容電流要比三芯電纜大，為大容性電流系統。

第二，就風電場35kV匯集線系統施工特征來看，存在大量的“T”節點與電纜頭。再加上大型風電場建設環境比較特殊，很多都位于戈壁灘，受戈壁灘地理環境以及溫差影響，導致很多電纜的焊接施工不過關，這樣就大大增加了故障的發生概率，成為35kV匯集線系統運行的薄弱系統。為保證電網系統的穩定運行，必須要做好對風電場35kV匯集線系統的安全管理，結合其間距大、線路長的特點，必須要從實際需求出發，選擇最為合適的接地方式，提高系統運行的安全性，降低故障對電力系統造成的影響。

2.風電場35kV匯集線接地方式分析

2.1?中性點經消弧線圈接地

選擇此種接地方式對風電場35kV匯集線系統進行接地處理，在系統容性電流發生變化時，消弧線圈接入容量調整更為方便，并且可以有效降低線路單相接地時故障點的殘流，改善因為接地故障不能自熄的問題，進而能夠避免匯集線系統長時間燃弧而導致的相間短路[2]。如果35kV風電場匯集線為電纜線路，并且線路間距比較長，在電容電流大于10A時，匯集線中性點采用此種方式接地。在選擇接地方式時，需要從實際情況出發，結合風電場匯集線系統建設要求，全面分析接地方式存在的優缺點，保證能夠提高系統運行的可靠性。中性點消弧線圈接地，對小電流選線裝置的靈敏度存在一定影響，嚴重的甚至存在無法選線的情況。并且此種處理方式，容易出現串聯諧振過電壓現象，在變壓器高壓側到低壓側傳遞時，電壓被放大等。

2.2?中性點經電阻接地

中性點經電阻接地，主要是阻止諧振過電壓與間歇性電弧接地過電壓，與消弧線圈接地方式相比，在施工成本上要具有一定的優勢，并且可以在短時間內完成單相接地故障的切除，恢復系統的正常運行。但是，在選擇此種接地方式進行處理時，需要控制好一定的使用條件，如在單相接地故障時，零序電流盡量在200A以上，并且應選擇小阻值電阻，對提高接地保護工作有效性具有重要意義。

2.3?中性點經消弧線圈并接小電阻接地

在匯集線系統出現臨時單相故障時，消弧線圈會輸出電感電流，使得電弧熄滅，進而能達到消除接地故障的目的。如果系統出現的是永久性故障，則在消弧線圈補償一段時間后仍存在接地故障，則需要投入電阻接地并選線，對存在故障的線路進行切除，控制故障影響范圍。第一，如果風電場匯集線系統選擇用電纜敷設處理方式，受電容電流大特點影響，一方面需要大容量的消弧線圈，另一方面為保證系統運行效果，還需要投入大量成本。并且對于選擇電纜敷設方式的系統基本都是出現永久性故障，在進行接地處理時，應盡量選擇用電阻接地方式。

第二，如果風電場匯集線系統選擇用架空線路施工時，電容電流相對要小，所需要的消弧線圈容量也比較小，投資比較少。但是與電纜敷設處理相比，此種處理方式出現故障的概率比較大，在接地處理時，可以選擇用消弧線圈接地方式，能夠有效提高供電連續性，并減少運行工作量。其中，對于臨時故障多、電容電流大情況，可以選擇用消弧線圈并接小電阻接地處理方式，即可以準確選線，有能夠減小接地點殘留，提高電網運行的可靠性。

3.風電場匯集線系統消弧線圈接地設計

經消弧線圈接地即將一個電感消弧線圈接入到中性點與大地之間，一旦系統出現單相接地故障，就可以利用消弧線圈中電感電流完成接地容性電流的補償，降低流過故障點的電流，使故障相接地電弧兩端電壓可以恢復到自行熄滅的范圍[3]。其中，補償容性電流諧振等值電路如圖1所示。其中，由電阻電流IR、電感電流IL以及電容電流IC組成零序電流IO，并且三者之間關系可以表示為：

其中，阻尼率d=IR/IC一般情況下都比較小，能夠對系統容性電流產生較小的影響;而消弧線圈脫諧度v=（IC-IL）/IC，一般選擇過補償方式滅弧。

圖1?補償容性電流諧振等值電路圖

對于大型風電場35kV匯集線系統接線處理方式的設計，一般可以選擇用三角形接線，并由三相接地變提供可靠的接入點。在進行設計時，應結合實際需求合理確定線電壓與相電壓的計算，三角形接線線電壓與相電壓相同，而星形接線線電壓是相電壓的1.732倍。另外，將消弧線圈容量的有效系數確定為1.2，過補償系數確定為1.35，則安裝容量的確定公式為：Q=1.2×1.35×IC×U。

4.結束語

大型風電場匯集線系統具有間距長特點，其電容電流比較大，為確保系統能夠穩定運行，必須要結合其結構特征，合理的選擇接地處理方式，針對常見的單相接地故障進行處理，爭取不斷提高系統運行的安全性，保證接入電網的電壓正常，提高電網運行的穩定性。

參考文獻：

[1]李軍，牛柱.淺析中寶風電場35kV匯集線系統接地改造[A].中國風電生產運營管理，2014，21：80-84.

[2]呂仁帥，趙鵬，袁帥，賈晶.風電場35kV系統中性點接地設計方案分析[J].電力與能源，2014，01：80-84.

[3]姚天亮，鄭昕，楊德洲，王利平.大型風電場內部35kV匯集系統接地方式選擇[J].電氣應用，2013，11：70-74.