接地變中性點經(jīng)電阻接地在風(fēng)電場中的應(yīng)用

陳小劍

（福建省福能新能源有限責(zé)任公司，福建 莆田 351148）

1 風(fēng)電場接地變繞組一般采用Z型的接線方式，提高了變壓器的可用容量

接地變多采用Z型接線的變壓器，結(jié)構(gòu)分布與普通三相芯式電力變壓器基本相同，只是每相鐵芯外連接上、下匝數(shù)相等的兩段繞組，連接方式以曲折狀為主，即在連接時以兩個磁柱為基點，將每相線圈分別繞于磁柱。該連接方式可使零序磁通相互抵消，使Z型接地變壓器的實用性更強，且其Z型接地變壓器的零序阻抗小于10 Ω。依據(jù)該連接優(yōu)勢，它的空載損耗也更低，遠猶豫普通變壓器，且容量利用率超過90%。Z型接線的變壓器還可裝有低壓繞組，接成星形中性點接地（yn）等方式，兼做廠用電變壓器使用。從整體應(yīng)用優(yōu)勢看，Z型接線可以成為接地變壓器的首選方式。

Z型接線的繞組變壓器如圖1所示。

圖1 Z型接線的繞組變壓器

2 接地變中性點接地電阻的選擇

在風(fēng)電場6～35 kV中性點不接地系統(tǒng)中，中性點往往存在消弧線圈接地、經(jīng)高電阻接地和經(jīng)低電阻接地3種接地方式。國家電網(wǎng)調(diào)[2011]974號文件《關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場并網(wǎng)運行事故反措要點的通知》要求，對于“風(fēng)電場集電線系統(tǒng)單相故障應(yīng)快速切除，不應(yīng)采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式”“經(jīng)電阻接地的集電線路系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障應(yīng)通過相應(yīng)保護快速切除”。

2.1 接地變經(jīng)消弧線圈接地方式

（1）集電電線線路在對地電容電流的補償機制中，應(yīng)當以消弧線圈的感性電流為主。若脫諧度小，容易造成諧振過電壓；脫諧度大，則可能引起間歇性弧光接地過電壓。

（2）風(fēng)電場風(fēng)機出線變頻器是一個諧波源，消弧線圈不能補償諧波，仍可能發(fā)生弧光接地過電壓。

（3）受風(fēng)況影響，系統(tǒng)電容電流變化的頻率增加，在系統(tǒng)運行方式和電壓發(fā)生變化時，采取消弧線圈跟蹤補償?shù)姆绞綄⒏永щy。

電纜線路的系統(tǒng)在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的電容電流較大，一旦電流突破閾值，可能產(chǎn)生弧光接地過電壓，給系統(tǒng)的設(shè)置造成較大危害。同時，中性點經(jīng)消弧線圈接地的作用有限，僅能夠在一定概率上降低弧光接地過電壓，而非能夠完全消除，更無法降低弧光接地過電壓的幅值。在產(chǎn)生弧光接地過電壓時，它的倍數(shù)一般較高。當經(jīng)過電纜線路或者緊湊型配電裝置時，極易突破其所能承受的極限，進而擊穿絕緣層而導(dǎo)致短路，從而損壞相關(guān)的配電裝置。因此，經(jīng)消弧線圈接地的適用范圍應(yīng)當以單相接地、瞬時性單相接地的架空線路電網(wǎng)為主，不適合于電纜線路。

2.2 接地變經(jīng)高電阻接地方式

《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（GB/T50064—2014）第3.1.5條提到，在涉及到6 kV和10 kV配電系統(tǒng)時，為提升安全應(yīng)用水平，當單相接地故障電容電流較小時，為避免電力設(shè)備受到損害以及避免諧振、電弧接地過電壓等問題，應(yīng)選取中性點高電阻接地模式，且故障電流不應(yīng)大于10 A。因此，根據(jù)中性點接地電阻的特點，它的電阻值設(shè)備范圍較廣，一般從數(shù)百到數(shù)千歐姆不等。在實際應(yīng)用中可以適用于大部分情況，并對間歇性弧光接地過電壓有良好的抑制作用，較為適用于6 kV和10 kV配電系統(tǒng)。

2.3 接地變經(jīng)低電阻接地方式

在電力行業(yè)規(guī)程中已經(jīng)納入中性點經(jīng)電阻接地方式，充分說明該接地方式的優(yōu)越性。《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（GB/T50064—2014）標準第3.1.4條[1]對中性點經(jīng)電阻接地方式進行了明確，即包括送配電系統(tǒng)、電廠用電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電場集電線路等6～35 kV電纜線路中可采取中性點低電阻接地方式。例如，單相接地發(fā)生故障后，通過中性點電阻的電流在10～100 A時為小電阻接地方式。這種方式主要適用于以不易產(chǎn)生瞬時單相接地故障、電纜線路及35 kV及以下不接地系統(tǒng)的風(fēng)電場。

因此，采用中性點經(jīng)電阻接地的方式相當于給接地故障點注入阻性電流，使接地故障電流呈阻容性質(zhì)，減小故障相的電流與電壓的相位差，從而降低故障點電流過零點熄滅后的重燃率，使故障時產(chǎn)生的過電壓小于相電壓的2.6倍，提高繼電保護靈敏度，降低設(shè)備絕緣要求，觸發(fā)保護作用于跳閘，有效保護母線連接的電力設(shè)備的安全運行。因此，大多數(shù)風(fēng)電場10 kV或35 kV集電線系統(tǒng)均采用接地變經(jīng)接地電阻方式運行。

3 風(fēng)電場接地變保護的配置

風(fēng)電場集電線由幾臺風(fēng)電機組通過電纜線路聯(lián)接，以分組的形式接于變電站主變低壓側(cè)6～35 kV母線上。當母線或集電線路發(fā)生接地故障時，電纜線路將產(chǎn)生很大的電容電流，在絕緣薄弱處易造成擊穿形成對地短路，危及設(shè)備的安全運行。因此，風(fēng)電場采用電阻接地方式，在發(fā)生接地故障時可以準確迅速判斷故障線路，并在短時間內(nèi)進行切除，大幅度縮短設(shè)備耐受過電壓的時間。需要說明的是，接地變保護設(shè)置由接地變本體的相間短路保護和集電線路聯(lián)接的母線接地保護組成。

3.1 接地變本體設(shè)置保護

3.1.1 電流速斷保護

對于容量較小的接地變壓器，在它的電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護作為接地變本體及繞組引出線上相間短路保護；當接地變壓器本體發(fā)生故障、短路電流由母線流向故障點時，當短路電流大于其動作定值時，通過電流采樣和邏輯判斷保護出口，瞬時動作跳開接地變本體開關(guān)。

3.1.2 過電流保護

過電流保護具有一定的動作時限，作為主保護（電流速斷保護）的后備保護。

3.2 接地變作為集電線母線接地保護設(shè)置

依據(jù)《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》（DL/T584-2007）規(guī)定[2]：低電阻接地系統(tǒng)必須只能一個中性點接地運行；當失去接地變壓器中性點電阻時，供電變壓器的同級開關(guān)必須同時打開；當兩段母線共用一臺主變輸送有功功率時，只能一臺接地變運行。

零序電流Ⅰ段保護（考慮特殊運行方式）是集電線路聯(lián)接母線上發(fā)生接地故障的保護。當母線上發(fā)生接地故障時，在接地變中性點的電流互感器上感應(yīng)到零序電流分量。當零序電流分量達到保護的動作定值時，通過電流采樣和邏輯判斷保護出口，延時繼電器常開觸點閉合，接通保護出口回路，低壓零流以第Ⅰ時限跳開母線母分開關(guān)。當母線母分開關(guān)跳開后，如故障仍存在（動作電流沒有衰減，零序電流繼電器的常開觸點仍在閉合位置），低壓零流Ⅱ時限的延時繼電器常開觸點閉合，接通保護出口回路跳開主變低壓側(cè)開關(guān)及接地變本體開關(guān)將故障點切除。

4 結(jié) 論

大多數(shù)風(fēng)電場6～35 kV集電線系統(tǒng)母線采用經(jīng)電阻接地方式運行，但投運以來由于保護定值不完善、廠家配備及保護不到位等原因，存在保護不正確動作、接地變燒毀等事故，對風(fēng)電場及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行存在嚴重的安全隱患。因此，接地變在保護原則、保護匹配、設(shè)備容量以及接地電阻的選擇等方面，應(yīng)在實際運行中不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷改進，同時加強接地變的外部監(jiān)測手段的介入，如提高接地電流自動報警及溫度巡檢、故障錄波自動化水平等手段的水平，保證設(shè)備在不完全接地保護未能啟動情況下能及早發(fā)現(xiàn)隱患，從而第一時間消除隱患，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。