淺析接地成套裝置在光伏電站中的應用

張建紅（青島昌盛日電太陽能科技有限公司,山東　青島　266234）

淺析接地成套裝置在光伏電站中的應用

張建紅
（青島昌盛日電太陽能科技有限公司,山東青島266234）

摘要：隨著光伏產業的發展，光伏電站的裝機容量越來越大，中性點接地方式的確定仍為熱點問題。本文結合目前光伏電站中常用的兩種接地方式進行分析比較，介紹電站項目中性點選擇需要進行計算的一般設計思路，并對接地成套裝置在光伏電站中的應用給出幾點意見。

關鍵詞：光伏電站;電容電流;消弧線圈;小電阻

1　概述

隨著光伏組件價格降低，國家對發展清潔能源的重視和鼓勵政策的實施，光伏電站得以大力發展，裝機規模也越來越大，尤其是BIΡV模式的應用。大型光伏電站考慮到容量和損耗等原因，采用逐級匯流就地升壓的方式運作；綜合考慮建設成本、可靠運行、損耗、運行維護等因素，目前高壓并網方案大多數選擇先就地升壓至35KV，再二次升壓或接入既有升壓站至送出電壓。

變壓器中性點接地方式的選擇直接影響到電力運行的安全性、穩定性和經濟性，同時也直接影響系統設備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保護方式、通訊干擾等。隨著電力技術的發展，成套裝置方案越發成熟，本文針對消弧線圈接地成套裝置和小電阻接地成套裝置在光伏電站中的應用加以分析。

2　電容電流的計算

光伏電站電網的電容電流，應包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、變壓器以及母線和電器的電容電流，還應適當考慮當地氣象數據（主要是溫度和輻照度）帶來的影響，并適當考慮裕度，以此作為確定接地方式、選擇設備和整定繼電保護的判據。

（1）架空線路的電容電流可按下式估算：

式中：L線路長度(km)；Ue額定線電壓(KV)；Ic電網電容電流（A）；

系數2.7用于無架空地線的線路，3.3用于有架空地線的線路。

同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

（2）電纜線路的電容電流可按下式估算：

此外，電纜電容電流還與電纜截面有關，精確計算時需考慮。

（3）變電所電氣設備引起的電容電流增加值見表1：

表1

電網電容電流增大，超過10A時接地電弧不能可靠熄滅，就會產生以下后果：

1）產生弧光接地過電壓，對設備的絕緣危害極大甚至擊穿；

2）持續電弧造成空氣離解，易發生相間短路；

3）產生鐵磁諧振過電壓，易燒壞ΡT，損壞避雷器以至其爆炸。這將嚴重威脅電網的安全運行，因此必須結合實際考慮接地裝置的配置。

3　消弧線圈接地成套裝置

3.1消弧線圈接地成套裝置

消弧線圈接地成套裝置系統見圖1，單相接地故障時產生電感電流以補償電網的對地電容電流，將接地點的故障電流限制在10A以下，達到自動息弧、繼續供電的要求。

圖1

3.2消弧線圈補償計算

式中：Q補償容量(KVаr)；

K過補償系數，取1.35。

為提高補償成功率和便于運行調諧，一般需將分接頭調諧到接近諧振點的位置，并采用過補償運行方式，避免發生串聯諧振。

3.3消弧線圈接地方式分析

變壓器中性點經消弧線圈接地，單相接地時，流過故障點的故障電流相對較小，從而允許線路不立即作用于跳閘，繼續帶負荷運行。

微機自動跟蹤消弧裝置的使用，并配套接地自動選線環節，滿足目前中性點經消弧線圈接地方式的電網運行需求。但需注意，消弧線圈補償實際上只能起到熄滅電弧的作用，而不能抑制因弧光短路所引起的過電壓倍數；此外，當系統電容電流過大時，消弧線圈很難達到理想的脫諧度而造成諧振的發生。

本研究發現：腦卒中病人家庭照顧者知覺壓力水平高于普通人群，醫務人員在工作中，應關注腦卒中病人家庭照顧者身心健康狀態，積極對其采取正面心理引導，幫助照顧者以積極應對方式面對困難，減輕照顧者壓力源，提高其身心健康水平。

3.4接地變壓器

接地變為連接消弧線圈提供有效的中性點，可適當調整電網的不對稱，其容量應與消弧線圈的容量相配合。接地變的特性要求是：零序阻抗低，空載阻抗高，損失小。一般采用曲折形接法(Z形)的接地變，如ZN,yn11。

接地變容量的選擇:接地變不帶二次繞組時，接地變的容量等于或略大于消弧線圈的容量；接地變帶二次繞組時，接地變的容量等于或略大于消弧線圈的容量加上接地變二次繞組的容量。

接地變理論容量計算公式（接地變同時作為站用變，二次側接站用電）：

式中：Q消弧線圈容量(kVаr)；S二次側接所用電的容量(KVA)；功率因數角(°)；Sj-接地變容量(KVA)。

根據標準IEEEStdC62.92.3-1993中規定，接地變壓器容量需考慮10s的過載能力，即容量理論計算值應除以相應過載倍數10.5。故此處接地變實際容量為Sj’=Sj/10.5。

4　小電阻接地成套裝置

4.1小電阻接地成套裝置

中性點經小電阻接地，可降低單相接地時的暫態過電壓、消除弧光接地過電壓和某些諧振過電壓；產生的零序電壓或零序電流，能使繼電保護裝置迅速選擇故障線路并切除故障。系統圖見圖2。

此方式對系統電容電流變化的適用范圍較大（接地故障電流一般為100A～1000A），確定接地電阻值后，電容電流發生較大變化，接地電阻對降低弧光過電壓、消除諧振過電壓的效果無明顯變化，所以在系統運行方式發生變化或電網發展時，可不改變接地電阻。

圖2

IR為電網單相接地故障時流過中性點電阻Rn的電流，Uph為額定相電壓，則有IR=Uph/Rn；

4.2.1按限制弧光接地過電壓的要求選擇

大量的試驗和計算表明，當IR=Ic時，可將間歇性弧光過電壓倍數限制在2.6倍以內；當IR=2Ic時，可限壓至2.3倍以內；當IR=4Ic時，可限壓至2倍以內；當IR＞4IC時，限壓效果已不明顯。一般取IR=(2～4)Ic即可滿足要求。

4.2.2按保證繼電保護靈敏度的要求選擇

IR/IC越大，Rn越小，IR越大，則故障電流就越大，保護的靈敏度就越大。

4.2.3按減小故障點接地短路電流考慮

故障點的單相接地短路電流越大，對故障設備的損害越大，此時Rn越大越好。

Rn的選擇須根據電網的具體條件，考慮供電可靠性要求、限制弧光接地過電壓的倍數、繼電保護的靈敏性、對通訊線路的干擾、接觸電壓及跨步電壓等因素，綜合分析比較，選擇效果最佳方案。

4.3實例分析

系統信息：電纜長度20km，電壓等級為35KV，選用干式變壓器，戶內安裝，0.4KV變壓器帶負載200KVA。電纜型號YJY23-26/35-3*240,配小電阻接地成套裝置。

計算過程：估算線路電容電流，Ic=0.1*35*20=70A,從限壓和繼保的靈敏性和可靠速動考慮，宜選取電阻器通流IR=4IC=400A。

4.3.1小接地電阻的選取：

電阻阻值Rn=35*103/1.732/400=50.5A。選接地電阻器型號為：THT-ZT-35/50.5。

4.3.2接地變的選取

接地變的容量S1=(35/1.732)*400/10.5=769.8KVA；

接地變帶0.4KV二次容量S2=200KVA；

則接地變總容量Sj’=S1+S2=969.8KVA，考慮裕量建議選取1000KVA；

選接地變型號為：THT-DKSC-1000/35-200/0.4。

5　光伏電站中性點接地方式的考慮

光伏農業大棚等大型光伏電站集電線路較長，單相對地電容電流較大，在設計時對于變壓器中性點的接地方式應予以重視，避免發生短路事故危及電站甚至電網的安全穩定運行。光伏電站接地裝置的選擇及相關計算參照以上章節。系統電容電流在可調范圍內時，可優先選用消弧線圈接地成套裝置，以保證供電可靠性；但當電容電流過大時，為確保電網安全運行，則選擇小電阻接地成套裝置，迅速切除故障，避免事故擴大。

需要特別注意的是，當光伏電站電容電流大于10A，且升壓至35KV后與電網直接連接時，更換電網側接地裝置不現實，則光伏電站側需配接地裝置且與電網側接地方式保持一致，以防兩側動作混亂，影響系統的穩定運行。反例：直接連接時，電網側采用小電阻接地，光伏電站側采用消弧線圈接地，若光伏電站側發生接地故障，引起系統電容電流的變化，電網側小電阻使繼電保護裝置迅速選擇并切除故障線路，即光伏電站側故障造成了電網側誤動作；反之，電網側故障也會引起光伏電站側誤動作。

6　結語

電力科技日新月異，各種接地裝置都因其獨到的優點得以發展；中性點接地方式的選擇這個綜合性的技術問題，應結合電網具體條件，通過技術經濟比較確定。國內大型光伏電站的建設正處于發展階段，相關標準規范尚不完善，組件質量、并網消納、儲能等很多技術問題都需要深入研究，這也是實現電網建設和改造的必然要求。中性點接地方式的問題，光伏電站的運行模式，有待于進一步改善，經過不斷地實踐、深化、創新，電力技術、光伏應用必將取得更大的進步。

參考文獻:

[1]能源部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊(電氣一次部分) [M].水利電力出版社,1989.

[2]中華人民共和國電力行業標準.DL/T620-1997.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S],中國電力出版社.

[3]李健,于碩實.電力系統中性點接地方式選擇、設計、施工、運行與改造實用手冊[M].當代中國音像出版社,2006.

[4]國家電網公司企業標準,Q/GDW156-2006.城市電力網規劃設計導則[S].

作者簡介：張建紅(1988-)，女，山東濰坊人，本科，研究方向：智能箱式變電站和光伏電站設計。