風電場匯集線系統中性點接地方式的選擇剖析

胡煥勛

摘要：伴隨我國風電行業的深入發展，風電設備的規模也在不斷擴大，與此同時風機脫網事故開始大面積出現。我國在2011年共計發生4起規模較大的風電機組脫網事故，而導致該類事故發生的原因都是匯集線路出現短路故障且故障后沒有及時切除故障，最終引起數百大型風機發生脫網事故，這些事故造成的直接電能損失達到100萬kW。本文主要探析風電場匯集線系統中性點接地方式的選擇，以為相關工作人員和研究人員的工作和研究提供有用的參考。

關鍵詞：風電場；匯集線系統；接地方式；選擇

風電場的配電網采用中性點接地方式，該接地方式包括經小電阻接地、經消弧線圈接地和不接地三種。選擇合理的風電場中性接地方式是關乎其安全運行的重要問題，能夠有效避免大面積停機故障的發生，有效增強風電場日常運行的可靠性與安全性。

1 中性點接地方式運行特點

1.1 經小電阻接地方式

該接地方式工作原理為：對系統發生故障位置輸入阻性電流，確保接地故障電流性質變為阻容性。

其主要優點有：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生重燃現象。確保阻性電流具有較大值，避免重燃現象發生。控制系統電壓在相電壓2.5倍內，并進一步優化繼電保護的靈敏性。電纜線路系統內，和線路零序保護相配合，能夠有效判定故障線路并及時切除故障區域供電。

其主要缺點有：短路故障發生后，保護設備將做即時切除故障動作，從而導致斷電次數增加，導致供電具備可靠性降低；接地電流較大，導致故障點接地網地電位過高，對人身和設備安全造成危害。

1.2 經消弧線圈接地方式

該接地方式又稱之為諧振接地方式。

其主要優點有：確保供電具有持續性與可靠性；單相接地故障發生后，該系統能夠繼續運轉2小時；消弧線圈補償之后，接地電流在接地點只存在較小殘余電流，通過消弱故障區域相電壓復原速率來熄滅接地電弧，該方式熄滅接地電弧有利于保護系統運行的穩定性；減小電網中絕緣閃絡接地故障中產生電流建弧率，進而減小線路發生跳閘的幾率；減小接地的工頻電流同時控制地電位進一步提升，縮小接地與跨步兩類電位差，盡可能消減低電壓設備發生反擊率。

其主要缺點有：故障中健全相電壓可達到3.2被電壓，并對設備要求很高絕緣水平；系統出現單相接地故障，系統進行消弧線圈補償，則導致故障中電流值偏小且電弧不穩定性提高，導致接地故障發生后出現選線困難；消弧線圈在工頻下進行自動跟蹤補償，用電感電流和電容電流做抵消，其弧光接地產生的高頻分量則不能有效消除，因此該接地方式對弧光接地產生的過電壓無效；電纜線路出現故障大部分是永久性故障，而諧振接地且不跳閘時，電網在接地故障下繼續運行將發生接地短路故障，且故障極易成為永久性相間短路故障；過補償狀態可運行，欠補償狀態無法運行；欠補償狀態中，線路故障做切除處理容易導致較大諧振過電壓，容易對設備安全造成威脅；特殊情況中，線路將會發生較為嚴重的不對稱，這種情況在線路出現兩相或單相斷線問題時最為嚴重，容易導致串聯諧振，進而對設備安全造成危害；風電場規模和電纜長度的不斷提升，接地電容電流也隨之提升，容易造成風電場電容電流超標，進而造成選擇消弧線圈容量困境。

1.3 不接地方式

其優點為：該接地方式下單相接地事故發生時，系統的對地電容中電流相對較小，其產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。該接地方式通過減小接地電流，對接觸和跨步電壓進行合理消減。

其缺點為：間歇性弧光接地發生時，瞬間形成的過電壓最高可為相電壓的3.5倍，故必須要求電網具有很高的絕緣水平，而該類故障問題發生后定位較為困難，無法準確快捷的切斷接地故障發生區域的線路。

2 風電場匯集線系統中性點接地方式的選擇

2.1 系統接地方式

風電場匯集線路中電壓等級通常是35kV，而35kv系統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且帶接地故障運行時，則選擇經消弧線圈接地方式；6-35 kV則是用電纜線路構建的送、配電系統，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 匯集線系統中性點接地方式的選擇

風電場升壓站中性點接地方式的選擇要根據風電場自身特征，其主要考慮因素包括：供電可靠性、繼電保護選擇性與靈敏性、電氣設備絕緣性能、匯集線路型式與故障特征。

風電場是不同于常規配電系統的發電系統，一旦發生長時間持續性故障，會造成風機大量脫網的重大事故，因此中性點經消弧線圈接地或不接地系統無法帶故障長期運行，必須對故障區域電網做即時切除處理。

風電場選址通常超過海拔2500m，部分風電場海拔甚至超過海拔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境中確保送電安全性，已在高海拔風電場中廣泛應用。電纜線路電容電流很大，一旦出現故障往往成為永久性故障。

高海拔區域電氣設備外絕緣性能會因環境因素影響而下降，當電氣設備外絕緣強化措施不滿足需求時，則可采用電網中性點接地方式解決該問題，而中性點經小電阻接地能夠有效應對高海拔電氣設備絕緣性能降低問題。

匯集線路類型大致可分為：架空混合線路、全電纜線路和全架空線路。

風電場采用無電纜頭全架空匯集線路，其90%故障為瞬時性故障，電容電流在10A內，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永久接地故障與保證故障及時切除，實踐中通常選擇“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10A，選擇消弧線圈接地方式，但實踐中為確保故障切除及時，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生在電纜中間接頭與終端頭位置，一旦發生故障則接地電弧則具有封閉性，該類電弧通常不會自行熄滅，若跳閘處理不及時，則會導致相間短路故障。電纜絕緣性相對較差。消弧線圈接地系統中，故障點判斷時間長，則電纜承受暫態或工頻過電壓的時間較長，容易導致相間故障，進而造成線路跳閘。該情況則選擇中性點經小電阻接地對接地故障做及時切除。

3 結束語

風電場匯集線系統中性點接地方式的選擇是關乎風電場安全運行的重要問題，因此必須根據風電場日常運行特征和中性點接地方式的優缺點，謹慎且科學的選擇中性點接地方式。

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