風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇剖析

胡煥勛

摘要：伴隨我國(guó)風(fēng)電行業(yè)的深入發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故開(kāi)始大面積出現(xiàn)。我國(guó)在2011年共計(jì)發(fā)生4起規(guī)模較大的風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故，而導(dǎo)致該類(lèi)事故發(fā)生的原因都是匯集線路出現(xiàn)短路故障且故障后沒(méi)有及時(shí)切除故障，最終引起數(shù)百大型風(fēng)機(jī)發(fā)生脫網(wǎng)事故，這些事故造成的直接電能損失達(dá)到100萬(wàn)kW。本文主要探析風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇，以為相關(guān)工作人員和研究人員的工作和研究提供有用的參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)；匯集線系統(tǒng)；接地方式；選擇

風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)接地方式，該接地方式包括經(jīng)小電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地和不接地三種。選擇合理的風(fēng)電場(chǎng)中性接地方式是關(guān)乎其安全運(yùn)行的重要問(wèn)題，能夠有效避免大面積停機(jī)故障的發(fā)生，有效增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)日常運(yùn)行的可靠性與安全性。

1 中性點(diǎn)接地方式運(yùn)行特點(diǎn)

1.1 經(jīng)小電阻接地方式

該接地方式工作原理為：對(duì)系統(tǒng)發(fā)生故障位置輸入阻性電流，確保接地故障電流性質(zhì)變?yōu)樽枞菪浴?/p>

其主要優(yōu)點(diǎn)有：將電容電壓與電流間相位差角縮小，防止故障電流熄弧后發(fā)生重燃現(xiàn)象。確保阻性電流具有較大值，避免重燃現(xiàn)象發(fā)生。控制系統(tǒng)電壓在相電壓2.5倍內(nèi)，并進(jìn)一步優(yōu)化繼電保護(hù)的靈敏性。電纜線路系統(tǒng)內(nèi)，和線路零序保護(hù)相配合，能夠有效判定故障線路并及時(shí)切除故障區(qū)域供電。

其主要缺點(diǎn)有：短路故障發(fā)生后，保護(hù)設(shè)備將做即時(shí)切除故障動(dòng)作，從而導(dǎo)致斷電次數(shù)增加，導(dǎo)致供電具備可靠性降低；接地電流較大，導(dǎo)致故障點(diǎn)接地網(wǎng)地電位過(guò)高，對(duì)人身和設(shè)備安全造成危害。

1.2 經(jīng)消弧線圈接地方式

該接地方式又稱(chēng)之為諧振接地方式。

其主要優(yōu)點(diǎn)有：確保供電具有持續(xù)性與可靠性；單相接地故障發(fā)生后，該系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2小時(shí)；消弧線圈補(bǔ)償之后，接地電流在接地點(diǎn)只存在較小殘余電流，通過(guò)消弱故障區(qū)域相電壓復(fù)原速率來(lái)熄滅接地電弧，該方式熄滅接地電弧有利于保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；減小電網(wǎng)中絕緣閃絡(luò)接地故障中產(chǎn)生電流建弧率，進(jìn)而減小線路發(fā)生跳閘的幾率；減小接地的工頻電流同時(shí)控制地電位進(jìn)一步提升，縮小接地與跨步兩類(lèi)電位差，盡可能消減低電壓設(shè)備發(fā)生反擊率。

其主要缺點(diǎn)有：故障中健全相電壓可達(dá)到3.2被電壓，并對(duì)設(shè)備要求很高絕緣水平；系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，系統(tǒng)進(jìn)行消弧線圈補(bǔ)償，則導(dǎo)致故障中電流值偏小且電弧不穩(wěn)定性提高，導(dǎo)致接地故障發(fā)生后出現(xiàn)選線困難；消弧線圈在工頻下進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，用電感電流和電容電流做抵消，其弧光接地產(chǎn)生的高頻分量則不能有效消除，因此該接地方式對(duì)弧光接地產(chǎn)生的過(guò)電壓無(wú)效；電纜線路出現(xiàn)故障大部分是永久性故障，而諧振接地且不跳閘時(shí)，電網(wǎng)在接地故障下繼續(xù)運(yùn)行將發(fā)生接地短路故障，且故障極易成為永久性相間短路故障；過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)可運(yùn)行，欠補(bǔ)償狀態(tài)無(wú)法運(yùn)行；欠補(bǔ)償狀態(tài)中，線路故障做切除處理容易導(dǎo)致較大諧振過(guò)電壓，容易對(duì)設(shè)備安全造成威脅；特殊情況中，線路將會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的不對(duì)稱(chēng)，這種情況在線路出現(xiàn)兩相或單相斷線問(wèn)題時(shí)最為嚴(yán)重，容易導(dǎo)致串聯(lián)諧振，進(jìn)而對(duì)設(shè)備安全造成危害；風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和電纜長(zhǎng)度的不斷提升，接地電容電流也隨之提升，容易造成風(fēng)電場(chǎng)電容電流超標(biāo)，進(jìn)而造成選擇消弧線圈容量困境。

1.3 不接地方式

其優(yōu)點(diǎn)為：該接地方式下單相接地事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)的對(duì)地電容中電流相對(duì)較小，其產(chǎn)生接地電弧通常可以自行熄滅，該供電方式具有較高的可靠性。該接地方式通過(guò)減小接地電流，對(duì)接觸和跨步電壓進(jìn)行合理消減。

其缺點(diǎn)為：間歇性弧光接地發(fā)生時(shí)，瞬間形成的過(guò)電壓最高可為相電壓的3.5倍，故必須要求電網(wǎng)具有很高的絕緣水平，而該類(lèi)故障問(wèn)題發(fā)生后定位較為困難，無(wú)法準(zhǔn)確快捷的切斷接地故障發(fā)生區(qū)域的線路。

2 風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

2.1 系統(tǒng)接地方式

風(fēng)電場(chǎng)匯集線路中電壓等級(jí)通常是35kV，而35kv系統(tǒng)中單相接地故障電容電流低于10A，則做不接地處理；大于10 A且?guī)Ы拥毓收线\(yùn)行時(shí)，則選擇經(jīng)消弧線圈接地方式；6-35 kV則是用電纜線路構(gòu)建的送、配電系統(tǒng)，單相接地故障的電容電流值很大的選擇低電阻接地方式，通常該接地方式的接地故障電流是100-1000A。

2.2 匯集線系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

風(fēng)電場(chǎng)升壓站中性點(diǎn)接地方式的選擇要根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)自身特征，其主要考慮因素包括：供電可靠性、繼電保護(hù)選擇性與靈敏性、電氣設(shè)備絕緣性能、匯集線路型式與故障特征。

風(fēng)電場(chǎng)是不同于常規(guī)配電系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，一旦發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性故障，會(huì)造成風(fēng)機(jī)大量脫網(wǎng)的重大事故，因此中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地系統(tǒng)無(wú)法帶故障長(zhǎng)期運(yùn)行，必須對(duì)故障區(qū)域電網(wǎng)做即時(shí)切除處理。

風(fēng)電場(chǎng)選址通常超過(guò)海拔2500m，部分風(fēng)電場(chǎng)海拔甚至超過(guò)海拔3500m，其自然氣候條件較為惡劣。電力電纜集電線路可在惡劣氣候環(huán)境中確保送電安全性，已在高海拔風(fēng)電場(chǎng)中廣泛應(yīng)用。電纜線路電容電流很大，一旦出現(xiàn)故障往往成為永久性故障。

高海拔區(qū)域電氣設(shè)備外絕緣性能會(huì)因環(huán)境因素影響而下降，當(dāng)電氣設(shè)備外絕緣強(qiáng)化措施不滿足需求時(shí)，則可采用電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式解決該問(wèn)題，而中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地能夠有效應(yīng)對(duì)高海拔電氣設(shè)備絕緣性能降低問(wèn)題。

匯集線路類(lèi)型大致可分為：架空混合線路、全電纜線路和全架空線路。

風(fēng)電場(chǎng)采用無(wú)電纜頭全架空匯集線路，其90%故障為瞬時(shí)性故障，電容電流在10A內(nèi)，則選擇不接地方式；箱變與匯集線路采用全架空線路，電容電流雖然低于10 A，但為了避免電纜頭出現(xiàn)永久接地故障與保證故障及時(shí)切除，實(shí)踐中通常選擇“消弧線圈+接地選線裝置”接地方式；全架空匯集線路電容電流超過(guò)10A，選擇消弧線圈接地方式，但實(shí)踐中為確保故障切除及時(shí)，通常選擇“消弧線圈+接地選線裝置”接地方式；全電纜線路與架空混合線路中電纜線路故障多發(fā)生在電纜中間接頭與終端頭位置，一旦發(fā)生故障則接地電弧則具有封閉性，該類(lèi)電弧通常不會(huì)自行熄滅，若跳閘處理不及時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致相間短路故障。電纜絕緣性相對(duì)較差。消弧線圈接地系統(tǒng)中，故障點(diǎn)判斷時(shí)間長(zhǎng)，則電纜承受暫態(tài)或工頻過(guò)電壓的時(shí)間較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致相間故障，進(jìn)而造成線路跳閘。該情況則選擇中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地對(duì)接地故障做及時(shí)切除。

3 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇是關(guān)乎風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行的重要問(wèn)題，因此必須根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)日常運(yùn)行特征和中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)，謹(jǐn)慎且科學(xué)的選擇中性點(diǎn)接地方式。

參考文獻(xiàn)：

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