大型光伏電站中性點接地裝置選擇及設計

劉思佳 劉蘇弦 楊超

摘要

大型光伏電站需設置中性點接地裝置，該裝置接地方式的選取關系到電站安全運行，本文對大型光伏電站兩種主要接地方式（消弧線圈與電阻）進行了分析，并結合國家電網公司重大反事故措施分析了選取電阻接地方式的合理性，最后對某大型光伏電站中性點接地裝置進行了設計分析，具有一定的實際參考意義。

【關鍵詞】大型光伏電站 中性點接地裝置 案例設計

1 前言

在大型光伏電站設計中，中性點接地方式的選取至關重要。中性點裝置的選取與電壓等級、短路電流、保護配置等都息息相關，合理選取中性點接地裝置影響到大型光伏電站及整個大系統的安全可靠運行。大型光伏電站匯集線路電壓等級多選取35kV，中性點接地系統較多采用經電阻接地或經消弧線圈接地。

2 大型光伏電站中性點接地方式

2.1 大型光伏電站經電阻接地方式

此接地方式是指在大地與中性點之間加入電阻，在電站匯集線路發生故障時，使接地故障電流呈阻容性。中性點阻性電流的合理選取，有利于區分非故障相電流和故障相電流，從而將故障快速切除。由于經電阻接地方式檢測的靈敏性，該接地方式主要運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 大型光伏電站經消弧線圈接地方式

此接地方式是指在大地與中性點之間加裝一個可調節電感消弧線圈。在電站匯集線路發生故障時，自動調節線圈感應值使感性電流接近系統容性電流，補償容性電流，使流過接地點的電流減小到能自行熄弧范圍。由于經經消弧線圈接地可使系統在發生單相接地故障時運行一段時間，但帶故障運行對設備要求高，同時，故障運行可能使故障擴大化，該接地方式在以架空線為主的匯集線路中有較多應用。

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故障，需要停電后維修解決。如果系統長時間運行在故障狀態，可能會對系統造成一定不穩定，同時，可能會使接地故障擴大，導致整個電站全部脫網，不利于整個系統可靠運行。

3.2 中性點接地方式選取

針對大型光伏電站運行情況，在國家電網公司發布的《十八項電網重大反事故措施》 （修訂版）中提出以下要求：匯集線路在發生單相接地故障時應快速切除。匯集線系統必須選取經消弧線圈或者電阻接地方式，不應采用不接地或經消弧柜接地方式。

根據《十八項電網重大反事故措施》可知在大型光伏電站發生接地故障時需要快速可靠的切除。結合目前大多數光伏電站采取的匯集線路形式，結合中性點接地兩種方式分析，中性點經電阻接地更為符合國家電網公司要求。

3.3 電阻接地系統設計案例分析

本文以某20MW光伏電站工程設計為例，以中性點經電阻接地為基礎，合理設計了中性點裝置接地電阻阻值及接地變容量。該光伏電站采取分區逆變，分區升壓的方式，共分為14個1.25MW發電單元，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 中性點接地電阻值計算

選取原則：限制電站過電壓水平，保護電站設備，一般將暫態過電壓限制在2.5倍相電壓以內。同時，電阻大小的選取還應保證可向二次保護裝置提供足夠大的電流，滿足保護裝置動作要求，達到快速可靠切除故障的目的。

從圖1中可以看出，當I_R>0.8I_C時，K值小于2.5，此時過電壓被限制在2.5倍相電壓，但此時的系統提供的阻性電流無法滿足二次保護裝置動作要求。在發生故障時，電流為阻性電流與容性電流矢量和，在未發生故障時，電流為容性電流。在大型光伏電站實際發生單相接地故障時設計值遠大于電流值，因此，容性電流應小于阻性電流。經過己投運電站的大量實踐表明：當電阻值較大時，I_R=（4～5）I_C以滿足系統發生故障動作的靈敏性為主;當電阻值較小時，I_R一般取（2～3）I_C。

I_C應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—線路長度（km），U—線路電壓（kV），無架空地線線路選取2.7系數，有架空地線線路選取3.3系數。

電纜線路I_C估算公式見式（2）：

I_C=0.1UL（2）

光伏電站中性點接地裝置電阻值計算公式見式（3）：

式中：

R—接地裝置接地電阻值（Ω）：

U_相—系統相電壓（V）。

由式（1）、（2）、（3）計算某光伏電站接地裝置電阻理論值R=500Ω

3.3.2 中性點接地裝置變壓器容量計算

根據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—系統線電壓（kV）。

由式（4）計算得出接地裝置變壓器理論容量為550kVA。

4 總結

合理選取大型光伏電站中性點接地方式，能有效提高系統安全穩定運行水平，有效縮小匯集線路故障后系統故障范圍。在實際光伏電站運行中，中性點接地裝置選取還應結合具體集電線路形式、保護裝置情況綜合選取，使電站更為有效平穩運行。

參考文獻

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