風電場35kV系統中性點接地方式探討

風電場35 kV系統中性點接地方式探討

朱守明

(華潤新能源華東分公司，山東 煙臺 264000)

摘要：對風電場35 kV系統中性點接地各種方式的特點及優缺點進行對比分析，介紹各種方式適用范圍，并給出經電阻接地方式下設備參數的計算方法。

關鍵詞：風電場；中性點；接地

收稿日期:2015-04-20

作者簡介：朱守明(1971—)，男，江蘇沛縣人，工程師，研究方向：新能源建設(風電建設)。

1電力系統中性接地方式的分類及特點

(1) 中性點直接接地方式。優點：安全性好，正常情況下中性點電壓為三相不平衡電壓，幅值非常小；當系統發生單相接地故障時，故障相電壓降低，非故障相電壓仍為相電壓，電壓幅值不升高，不會產生單相接地弧光過電壓，也不會發生系統諧振過電壓，保護裝置可以快速切除故障。缺點：系統供電可靠性差，在發生單相接地故障時繼電保護裝置動作直接切除故障。(2) 中性點經消弧線圈接地方式。優點：供電可靠性高，當系統發生單相接地故障時消弧線圈自動補償裝置自動調整線圈的電感量產生等值感性電流以補償接地容性電流，使補償后的接地故障點殘流很小，可有效降低故障點弧隙恢復電壓，限制弧光接地過電壓并消除諧振過電壓，降低故障跳閘率。缺點：由于消弧線圈成本較高，容量不宜過大，另外由于采用自動跟蹤補償，對裝置機械性能、響應時間等均有較高要求，適用性較差。(3) 中性點電阻接地(即接地變壓器加電阻接地簡稱“接地變組合”)方式。優點：選擇性高，中性點接地電壓被限制在較小范圍，對設備絕緣等級要求較低。發生單相接地故障時，電網容性電流經電阻流入大地，可有選擇性地跳閘，提高保護裝置的靈敏性，有效降低弧光過電壓，消除諧振過電壓。缺點：對于瞬間接地故障均作用于跳閘，對單電源用戶供電可靠性稍差。(4) 中性點不接地系統。優點：供電連續性好，在發生單相接地故障時，故障點只有系統電容電流，一般較小，允許運行一段時間，保護只發信號不跳閘。缺點：安全性較差。在發生單相接地故障時，故障相電壓有所降低，非故障相電壓將升高，在系統外絕緣薄弱環節，易發生絕緣閃絡或擊穿，造成兩相接地短路或引起弧光接地過電壓；由于線路參數變化引起高頻諧振，形成諧振過電壓。

235 kV系統中性點接地方式的選擇與比較

2.135 kV中性點接地方式的選擇依據

不同電壓等級中性接地方式的選擇要充分考慮系統供電可靠性與故障范圍及穩定性，系統絕緣配合、過電壓水平、對繼電保護裝置的影響、經濟性等諸因素，主要依據電力行業標準DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》。

風電場多采用分散布置、集中輸出方式，所有風電機組分成多組，每組10～14臺風機，每臺風機經690 V/35 kV箱式變壓器升壓至35 kV，經電纜、架空線或兩者混聯而成的集電線路送往升壓站，由35 kV/110(220)kV變壓器升壓后送至公共電網。

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》要求：所有35 kV系統，當單相接地故障電容電流不超10 A時，應采用不接地方式；當單相接地故障電容電流超過10 A又需在接地故障條件下運行時，應采用消弧線圈接地方式(3.1.2款)；35 kV主要有電纜線路構成的送、配電系統，單相接地故障電容電流較大時，可采用低電阻接地方式(3.1.5款)。

2.235 kV系統電容電流的計算

由上文可知，35 kV中性點接地方式的選擇與風電場系統電容電流大小有著密切關系，因而35 kV系統電容電流計算至關重要。風電場單相接地電容電流主要有電纜、架空線路兩部分。

(1) 電纜線路電容電流(Ic)：與系統電壓(Ue)和電纜長度(L)成正比。

Ic=0.1×Ue×L

(2) 架空線路電容電流(Ic1)：與系統電壓(Ue)和架空線長度(L)成正比。

Ic1=(2.7～3.3) ×Ue×L/1 000

其中，系數2.7適用于無架空地線的線路，系數3.3適用于有架空地線的線路。

(3) 同桿雙回架空線電容電流(Ic2)：與單回架空線電容電流(Ic1)成正比，雙回架空線存在耦合電容，需考慮系數。

Ic2=(1.3～1.6)Ic1

其中，系數1.3對應10 kV線路，系數1.6對應35 kV線路。

(4) 若需對風電場集電線路各支路接地電流進行精確計算，可采用以下公式：

Ic3=181.3×C0×Ue1×L

式中，Ic3為對地電容電流(A)；C0為電纜或架空線單相對地電容(F/km)；Ue1為電網線路電壓(kV)；L為電纜或架空線長度(km)。

3中性點接地方式的選擇

3.1中性點不接地方式

對于集電線路以架空線為主的風電場，單相接地故障多是瞬時的(如雷擊、大風飄浮物、樹木碰觸等)，約占總故障數的60%～70%。單相接地電容電流小于10 A，故障點電弧可自行熄滅，熄弧后絕緣可自行恢復，對系統損傷較小，允許帶電運行一段時間(不超過2 h)。從投資與運行維護角度，可采用中性點不接地方式。

3.2經消弧線圈接地方式

(1) 當風電場集電線路采用架空線路或電纜線路，瞬時單相接地故障較多，電容電流大于10 A且需在接地故障條件下運行時，35 kV中性點宜采用消弧線圈接地方式，且應：1) 消弧線圈必須工作在過補償狀態，避免因系統參數發生變化引起系統諧振產生諧振過電壓危及電網安全；經消弧線圈接地能有效限制弧光接地過電壓。2) 考慮單相接地故障以瞬時性為主的特點，消弧線圈應采用自動跟蹤補償裝置，可實時跟蹤、動態快速可調，以使消弧線圈產生的感性電流足以抵消單相接地電容電流，令殘流很小，以減少對系統供電可靠性的影響。

對于系統中永久性接地故障，通過消弧線圈的補償作用可有效減小接地點電流，降低故障擴大幾率；同時，配合可靠的自動選線裝置，正確選出故障線路并作用于跳閘，可提高系統的安全性、可靠性。

(2) 消弧線圈的補償容量計算：

式中，Q為補償容量(kVA)；K為系數，過補償取1.35，欠補償按脫諧度確定；IC為集電線路的電容電流(A)；Ue2為集電線路的系統標稱電壓(kV)。

3.3經電阻接地方式

(1) 當35 kV集電線路以電纜線路為主時，單相接地故障時單相接地電容電流較大，根據工程經驗，有時可達150 A以上(故障電流水平為400～1 000 A)，若使用消弧線圈接地則需要消弧線圈容量很大，消弧線圈設計困難、制造成本高、運行功耗大、不經濟，宜選用中性點經電阻接地方式：1) 采用電阻接地方式時宜選用成套接地電阻裝置，且接地電阻值的選擇要充分考慮繼保技術要求、故障電流對電氣設備的影響、供電可靠性、人身安全等；2) 中性點接地電阻裝置應滿足DL/T780—2001《配電系統中性點接地電阻器》要求；3) 中性點接地電阻裝置的絕緣水平應與相應的電壓等級匹配；4) 接地電阻回路中應裝設中性點電流監測裝置或接地電阻溫升監測裝置。

(2) 接電阻裝置中性點引出方式可采用接線為Zn型接地變壓器加接地電阻或帶平衡繞組的Yy0接線變壓器加接地電阻，目前兩種方均有使用，現以前者為例介紹如何選擇接地電阻和接地變壓器的參數。

1) 接地電阻的選擇：在中性點經電阻接地方式中，接地電阻的選擇直接會影響到系統單相接地時流經接地點的電流。結合工程實踐，一般將單相接地時流過接地點的電流控制在300～600 A。

電阻值：RN=Ue2/IR

接地電阻的功率：PR=IR×Um

式中，RN為中性點接地電阻值；Ue2為系統標稱電壓；IR為選定的單相接地電流，IR>KIC，其中K為系數，取1～2，IC為集電線路電容電流(A)。

2) 接地變壓器的型式及參數選擇：中性點電阻接地系統用接地變壓器不兼所用變壓器時，容量按照接地故障時流過接地變壓器電流對應容量的1/10選取，接地變壓器兼用所用變壓器時其容量還應加上所用負荷容量。考慮到接地變壓器“長時間空載，短時間過載”的特點，接地變壓器容量的選擇應充分利用變壓器的過負荷能力。

4結語

風電場中性點接地方式的選擇應結合集電線路接線方式、35 kV側電容電流大小進行綜合考慮。對于架空線、電纜混聯線路組成的35 kV系統，中性點接地方式建議優先考慮經電阻接地。

[參考文獻]

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[2]李潤先.中壓電網系統接地實用技術[M].北京：中國電力出版社，2002.