風(fēng)電場35kV系統(tǒng)中性點接地方式探討

風(fēng)電場35 kV系統(tǒng)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(fēng)電場35 kV系統(tǒng)中性點接地各種方式的特點及優(yōu)缺點進行對比分析，介紹各種方式適用范圍，并給出經(jīng)電阻接地方式下設(shè)備參數(shù)的計算方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)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(shè)(風(fēng)電建設(shè))。

1電力系統(tǒng)中性接地方式的分類及特點

(1) 中性點直接接地方式。優(yōu)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?。划?dāng)系統(tǒng)發(fā)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(chǎn)生單相接地弧光過電壓，也不會發(fā)生系統(tǒng)諧振過電壓，保護裝置可以快速切除故障。缺點：系統(tǒng)供電可靠性差，在發(fā)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(jīng)消弧線圈接地方式。優(yōu)點：供電可靠性高，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時消弧線圈自動補償裝置自動調(diào)整線圈的電感量產(chǎn)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(fù)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(yīng)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(yōu)點：選擇性高，中性點接地電壓被限制在較小范圍，對設(shè)備絕緣等級要求較低。發(fā)生單相接地故障時，電網(wǎng)容性電流經(jīng)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(tǒng)。優(yōu)點：供電連續(xù)性好，在發(fā)生單相接地故障時，故障點只有系統(tǒng)電容電流，一般較小，允許運行一段時間，保護只發(fā)信號不跳閘。缺點：安全性較差。在發(fā)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(tǒng)外絕緣薄弱環(huán)節(jié)，易發(fā)生絕緣閃絡(luò)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(shù)變化引起高頻諧振，形成諧振過電壓。

235 kV系統(tǒng)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(jù)

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

風(fēng)電場多采用分散布置、集中輸出方式，所有風(fēng)電機組分成多組，每組10～14臺風(fēng)機，每臺風(fēng)機經(jīng)690 V/35 kV箱式變壓器升壓至35 kV，經(jīng)電纜、架空線或兩者混聯(lián)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(wǎng)。

根據(jù)《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(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超10 A時，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)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(yīng)采用消弧線圈接地方式(3.1.2款)；35 kV主要有電纜線路構(gòu)成的送、配電系統(tǒng)，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(tǒng)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(fēng)電場系統(tǒng)電容電流大小有著密切關(guān)系，因而35 kV系統(tǒng)電容電流計算至關(guān)重要。風(fēng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)2.7適用于無架空地線的線路，系數(shù)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(shù)。

Ic2=(1.3～1.6)Ic1

其中，系數(shù)1.3對應(yīng)10 kV線路，系數(shù)1.6對應(yīng)35 kV線路。

(4) 若需對風(fēng)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(wǎng)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(fēng)電場，單相接地故障多是瞬時的(如雷擊、大風(fēng)飄浮物、樹木碰觸等)，約占總故障數(shù)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(fù)，對系統(tǒng)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(jīng)消弧線圈接地方式

(1) 當(dāng)風(fēng)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(yīng)：1) 消弧線圈必須工作在過補償狀態(tài)，避免因系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化引起系統(tǒng)諧振產(chǎn)生諧振過電壓危及電網(wǎng)安全；經(jīng)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(yīng)采用自動跟蹤補償裝置，可實時跟蹤、動態(tài)快速可調(diào)，以使消弧線圈產(chǎn)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(tǒng)供電可靠性的影響。

對于系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)，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(tǒng)標(biāo)稱電壓(kV)。

3.3經(jīng)電阻接地方式

(1) 當(dāng)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(jù)工程經(jīng)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(shè)計困難、制造成本高、運行功耗大、不經(jīng)濟，宜選用中性點經(jīng)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(shù)要求、故障電流對電氣設(shè)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(yīng)滿足DL/T780—2001《配電系統(tǒng)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(yīng)與相應(yīng)的電壓等級匹配；4) 接地電阻回路中應(yīng)裝設(shè)中性點電流監(jiān)測裝置或接地電阻溫升監(jiān)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(xiàn)以前者為例介紹如何選擇接地電阻和接地變壓器的參數(shù)。

1) 接地電阻的選擇：在中性點經(jīng)電阻接地方式中，接地電阻的選擇直接會影響到系統(tǒng)單相接地時流經(jīng)接地點的電流。結(jié)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(tǒng)標(biāo)稱電壓；IR為選定的單相接地電流，IR>KIC，其中K為系數(shù)，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(shù)選擇：中性點電阻接地系統(tǒng)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(yīng)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(yīng)加上所用負荷容量?？紤]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(yīng)充分利用變壓器的過負荷能力。

4結(jié)語

風(fēng)電場中性點接地方式的選擇應(yīng)結(jié)合集電線路接線方式、35 kV側(cè)電容電流大小進行綜合考慮。對于架空線、電纜混聯(lián)線路組成的35 kV系統(tǒng)，中性點接地方式建議優(yōu)先考慮經(jīng)電阻接地。

[參考文獻]

[1]水利電力部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊[M].北京：中國電力出版社，1989.

[2]李潤先.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.