大型光伏電站中性點(diǎn)接地裝置選擇及設(shè)計(jì)

劉思佳 劉蘇弦 楊超

摘要

大型光伏電站需設(shè)置中性點(diǎn)接地裝置，該裝置接地方式的選取關(guān)系到電站安全運(yùn)行，本文對(duì)大型光伏電站兩種主要接地方式（消弧線圈與電阻）進(jìn)行了分析，并結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司重大反事故措施分析了選取電阻接地方式的合理性，最后對(duì)某大型光伏電站中性點(diǎn)接地裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，具有一定的實(shí)際參考意義。

【關(guān)鍵詞】大型光伏電站 中性點(diǎn)接地裝置 案例設(shè)計(jì)

1 前言

在大型光伏電站設(shè)計(jì)中，中性點(diǎn)接地方式的選取至關(guān)重要。中性點(diǎn)裝置的選取與電壓等級(jí)、短路電流、保護(hù)配置等都息息相關(guān)，合理選取中性點(diǎn)接地裝置影響到大型光伏電站及整個(gè)大系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。大型光伏電站匯集線路電壓等級(jí)多選取35kV，中性點(diǎn)接地系統(tǒng)較多采用經(jīng)電阻接地或經(jīng)消弧線圈接地。

2 大型光伏電站中性點(diǎn)接地方式

2.1 大型光伏電站經(jīng)電阻接地方式

此接地方式是指在大地與中性點(diǎn)之間加入電阻，在電站匯集線路發(fā)生故障時(shí)，使接地故障電流呈阻容性。中性點(diǎn)阻性電流的合理選取，有利于區(qū)分非故障相電流和故障相電流，從而將故障快速切除。由于經(jīng)電阻接地方式檢測(cè)的靈敏性，該接地方式主要運(yùn)用于在以電纜線路為主和電纜線路與架空線路混合的大型光伏電站中

2.2 大型光伏電站經(jīng)消弧線圈接地方式

此接地方式是指在大地與中性點(diǎn)之間加裝一個(gè)可調(diào)節(jié)電感消弧線圈。在電站匯集線路發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)線圈感應(yīng)值使感性電流接近系統(tǒng)容性電流，補(bǔ)償容性電流，使流過接地點(diǎn)的電流減小到能自行熄弧范圍。由于經(jīng)經(jīng)消弧線圈接地可使系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間，但帶故障運(yùn)行對(duì)設(shè)備要求高，同時(shí)，故障運(yùn)行可能使故障擴(kuò)大化，該接地方式在以架空線為主的匯集線路中有較多應(yīng)用。

3 大型光伏電站主要接地故障分析與接地方式選擇

3.1 故障分析

在大型光伏電站中，多數(shù)電站匯集線路形式采取的電纜線路與架空線路混合或純電纜線路，在這兩種形式中，故障率較高的為電纜頭故障，這類故障一般為不可恢復(fù)故障，需要停電后維修解決。如果系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在故障狀態(tài)，可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一定不穩(wěn)定，同時(shí)，可能會(huì)使接地故障擴(kuò)大，導(dǎo)致整個(gè)電站全部脫網(wǎng)，不利于整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

3.2 中性點(diǎn)接地方式選取

針對(duì)大型光伏電站運(yùn)行情況，在國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》 （修訂版）中提出以下要求：匯集線路在發(fā)生單相接地故障時(shí)應(yīng)快速切除。匯集線系統(tǒng)必須選取經(jīng)消弧線圈或者電阻接地方式，不應(yīng)采用不接地或經(jīng)消弧柜接地方式。

根據(jù)《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》可知在大型光伏電站發(fā)生接地故障時(shí)需要快速可靠的切除。結(jié)合目前大多數(shù)光伏電站采取的匯集線路形式，結(jié)合中性點(diǎn)接地兩種方式分析，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地更為符合國(guó)家電網(wǎng)公司要求。

3.3 電阻接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例分析

本文以某20MW光伏電站工程設(shè)計(jì)為例，以中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地為基礎(chǔ)，合理設(shè)計(jì)了中性點(diǎn)裝置接地電阻阻值及接地變?nèi)萘?。該光伏電站采取分區(qū)逆變，分區(qū)升壓的方式，共分為14個(gè)1.25MW發(fā)電單元，共分為2回35kV匯集線路（電纜線路）接入光伏電站升壓站35kV母線。

3.3.1 中性點(diǎn)接地電阻值計(jì)算

選取原則：限制電站過電壓水平，保護(hù)電站設(shè)備，一般將暫態(tài)過電壓限制在2.5倍相電壓以內(nèi)。同時(shí)，電阻大小的選取還應(yīng)保證可向二次保護(hù)裝置提供足夠大的電流，滿足保護(hù)裝置動(dòng)作要求，達(dá)到快速可靠切除故障的目的。

從圖1中可以看出，當(dāng)I_R>0.8I_C時(shí)，K值小于2.5，此時(shí)過電壓被限制在2.5倍相電壓，但此時(shí)的系統(tǒng)提供的阻性電流無(wú)法滿足二次保護(hù)裝置動(dòng)作要求。在發(fā)生故障時(shí)，電流為阻性電流與容性電流矢量和，在未發(fā)生故障時(shí)，電流為容性電流。在大型光伏電站實(shí)際發(fā)生單相接地故障時(shí)設(shè)計(jì)值遠(yuǎn)大于電流值，因此，容性電流應(yīng)小于阻性電流。經(jīng)過己投運(yùn)電站的大量實(shí)踐表明：當(dāng)電阻值較大時(shí)，I_R=（4～5）I_C以滿足系統(tǒng)發(fā)生故障動(dòng)作的靈敏性為主;當(dāng)電阻值較小時(shí)，I_R一般取（2～3）I_C。

I_C應(yīng)集合光伏電站匯集線路所有電纜線路及架空線的電容電流。單回架空線路I_C估算公式見式（1）：

式中，I_C—架空線電容電流（A），L—線路長(zhǎng)度（km），U—線路電壓（kV），無(wú)架空地線線路選取2.7系數(shù)，有架空地線線路選取3.3系數(shù)。

電纜線路I_C估算公式見式（2）：

I_C=0.1UL（2）

光伏電站中性點(diǎn)接地裝置電阻值計(jì)算公式見式（3）：

式中：

R—接地裝置接地電阻值（Ω）：

U_相—系統(tǒng)相電壓（V）。

由式（1）、（2）、（3）計(jì)算某光伏電站接地裝置電阻理論值R=500Ω

3.3.2 中性點(diǎn)接地裝置變壓器容量計(jì)算

根據(jù)變壓器容量選取原則，考慮過載能力，則：

式中：

S_e—接地裝置變壓器額定容量（kVA），

U_e—系統(tǒng)線電壓（kV）。

由式（4）計(jì)算得出接地裝置變壓器理論容量為550kVA。

4 總結(jié)

合理選取大型光伏電站中性點(diǎn)接地方式，能有效提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，有效縮小匯集線路故障后系統(tǒng)故障范圍。在實(shí)際光伏電站運(yùn)行中，中性點(diǎn)接地裝置選取還應(yīng)結(jié)合具體集電線路形式、保護(hù)裝置情況綜合選取，使電站更為有效平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]王凱.并網(wǎng)型光伏發(fā)電站中性點(diǎn)接地方式的分析[J].新疆風(fēng)電工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，2016，03：12-14.

[2]胡波.光伏電站35kV系統(tǒng)中性點(diǎn)低電阻接地的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，18：177-178.

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）[M].北京，2012.

[4]西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.