淺議風電場接地方式及其保護分析

王萬印

(中電投河南電力有限公司,河南鄭州 450016)

淺議風電場接地方式及其保護分析

王萬印

(中電投河南電力有限公司,河南鄭州 450016)

風電場具有占地面積廣、集電線路較長以及線路中電容電流較大的特點，特別是山地風電，大量采用電纜式集電線路，其實容性電流更大。依據風電場的特點，選擇合適的接地保護方式，對保證風電場安全、穩定、可靠運行意義重大。本文結合我國風電場運營現狀，逐個分析了風電場接地方式。

風電場 接地方式 保護 電容電流

1 引言

2006年以來，在國家大力支持和政策引導下，我國風電進入了大發展時期，裝機容量及風電技術不斷發展和進步，風電產業呈現出欣欣向榮的趨勢。風電場開發占地面積大，集電線路較長，而且分支線路比較多，很容易發生單相接地故障，導致PT故障、避雷器燒壞、全場停機以及升壓站系統側斷路器跳閘等安全事故。因此，對風電場接地方式及其保護技術進行分析和探討具有重要意義，本文主要按照接地容性電流大小的區別，分別討論電阻接地、消弧線圈接地以及消弧消諧裝置接地等方式的技術特點和要求，拋磚引玉，和風電行業同仁交流。

2 風電場運營現狀

截止到2013年底，據中國風電協會提供的數據，我國風電裝機容量已達91412.89MW(不包括臺灣地區)，位居世界第一。2013年西藏7.5MW風電容量的投產，填補了大陸省份唯西藏地區沒有風電的空白，目前大陸各個省份均有在運風電場，其中內蒙古裝機已達到20270MW，另外潮澗帶、近海風電也逐漸興起，即將進入大發展階段。預計到2020年，風電場超過核電成為第三大電源。除此之外，我國也出臺了有利的政策支持風電場建設，從國產化率、全額并網、電價分攤、發展規劃、財稅優惠以及特許權利等幾個方面支持風電項目。

現階段，風電場項目涉及到的風力發電技術主要包括風力發電裝備制造、海上風力發電、風能資源測量及評估、穩定運行和電力傳輸等，其中風電場安全穩定運行是風電場項目產生經濟利益和社會利益的首要前提條件，而接地方式、接地保護由于風電場自身特點，其對風電場的運行穩定性有著重要關系。

3 風電場接地方式探討

中性點接地方式選擇的不同，會影響到風電場許多方面的技術經濟問題，如運行的可靠性、電氣設備和輸電線路的絕緣水平、繼電保護的配置和可靠動作以及對通訊電路的干擾等諸多方面。

風電場由于運營區域面積大、集電線路長、補償能力弱，特別是使用電纜集電線路的風電場，電容電流很大，加之風電場場內選取電壓一般為35KV以下的小接地電流系統，發生單相弧光接地時過電壓峰值將達到2.3Um,對電氣設備產生很大危害，如不能快速消除，會產生大面積連鎖破壞。

通過對風電場各類事故的分析，接地方式不合理、選值不匹配是導致單相故障不能快速切除、故障惡化、事故擴大的主要因素之一，也是造成風場電氣設備故障和風機脫網的主要原因。

3.1 電阻接地方式

電阻接地，也就是中性點和大地之間接入一定電阻值的電阻，這個電阻和風電場系統對地電容之間共同形成了并聯回路，電阻為耗能元件和阻壓元件，可以有效避免諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓現象。中性點經過接地變壓器二次側接入阻值合適的電阻，這種接地方式我們稱之為中性點經高電阻接地。這種接地方式的優點是一方面簡化了電阻器的結構，另一方面降低了成本，且便于進行安裝，在現投運的風電場中，這種接地方式比較普遍。這種接地的技術原因是，在發生接地故障時，電阻產生功率消耗，在一定程度上降低了故障電流，且由于高電阻促進回路阻尼率的增大，對過電壓幅值和陡度產生較為明顯的阻尼作用，確保電位偏移不會引發串聯諧振過電壓。電阻接地方式在發生單相接地故障時，容易產生一個三相不平衡電流，可以利用零序電流互感器進行檢測，迅速檢測故障，并切除故障，以此起到一個有效的保護作用。

電阻接地方式中關于電阻值的選擇問題，需要考慮從以下幾個方面的情況，一是系統過電壓水平進行限制，二是確保系統繼電保護動作的靈敏性，三是降低對通信線路的干擾、四是人身觸電的危險性。其中，后兩條要受到故障電流的影響，然而利用現場措施進行彌補，比如對均壓網進行設置，使用帶屏蔽層通訊電纜的方式等。因此選取合適的電阻值時，著重考慮前兩條。

3.2 消弧線圈接地方式

中性點不接地系統，如果單相接地電容電流超出限值，容易在接地點導致電弧的產生，并引發間歇過電壓，采取消弧線圈的接地方式可以有效減小電流，并熄滅電弧，有效防止過電壓。具體而言，系統正常運行時，三相電流、電流之間是對稱的，中性點對地電位是0，線圈電壓也為0，線圈無電流。如果系統發生單相接地故障，接地點電流為接地電容電流和流過線圈的電感電流之和。二者相位相反，接地點相互補償，那么我們僅僅需要消弧線圈電感量選取個合適的值，即可讓接地電流降低，使其處于最小生弧電流之下，不會產生電弧，也就不會有間歇過電壓。

除此之外，按照消弧線圈中電感電流和接地電容電流具有不同的補償程度，包括全補償、欠補償以及過補償三種，風電場普遍采用過補償方式，可以有效避免電壓串聯諧振過電壓的現象，經過補償之后殘余電流小于等于5～10A。

3.3 消弧消諧裝置接地方式

消弧消諧裝置往往是選擇微機控制的方式，基本上具備了消弧消諧功能、PT功能以及過電壓保護功能等。按照電壓互感器信號的不同，對故障類別進行判定和識別，如果發生弧光接地的情況，則及時向故障相真空接觸器發出動作命令，對弧光接地進行轉化，熄滅故障點電弧，以此消除了弧光接地過電壓。然而，消弧消諧設備是存在一定的缺陷的，首先是故障相接地消弧過程中處于病態運行狀態，過電壓保護設備為避雷器，僅可用于線路消弧，而且不能用于電容電流大于30A的系統；其次，如果電容電流較小，而且線路不長，在發生燒組單相接地故障時，消弧消諧設備動作短接一部分電源，速斷過流保護起不了作用，無法及時動作，會導致安全事故的發生；最后，消弧消諧設備在退出消弧時有可能導致PT鐵磁諧振的現象，而且消弧消諧設備需要至少100ms的時間才可以完成消弧。

4 結語

選擇一個安全運行穩定可靠的接地保護方式是非常有必要的，對于風電場的正常運行具有重要意義。本文對有關風電場接地方式及其保護進行分析和探討，以期對于我國風電場技術的發展，起到一定的理論指導意義。

[1]李建春.風力發電機組選型因素探析[J].甘肅科技,2010(04).

[2]崔建紅,許健,劉京愛.我國風力發電的現狀與趨勢[J].科技情報開發與經濟,2009(10).