小电阻接地方式在风电场设计中的应用

杨建楠

(中国电力建设工程咨询公司，北京 100120)

小电阻接地方式在风电场设计中的应用

杨建楠

(中国电力建设工程咨询公司，北京 100120)

随着风力发电技术的不断发展，风电场单向接地故障导致的并网问题日益显现。本文通过对比，建议风电场中性点接地形式选用小电阻接地。通过工程实例，比较了两种典型的小电阻接地设计方案，同时对其保护配置和可靠性进行了分析。

风电场；中性点接地；小电阻。

1 概述

从2008年开始，经过5年连续高速发展，我国风电产业累计装机容量达到13425万kW，居世界第一位。然而伴随着产业高速发展和大规模风电基地建设，并网安全问题始终是悬在我国风电产业头顶的“达摩克利斯之剑”：截至2013年底我国风电并网容量7758万kW，并网容量只占总容量的58%。除可再生能源间歇性的特点外，风电场供电的安全性和可靠性也一直为人所诟病。2011年，我国西北、华北东北等地多次发生的风电场脱网事故仍历历在目，调查显示除设备自身故障外，接地故障导致的事故扩大是导致风电场并网问题的主因。由此可见，选择可靠易用、经济性合理的中性点接地方式成为了风电场设计的关键要素。

2 风电场中性点接地方式的选择

随着风机技术的发展，目前我国绝大多数新建风电场均朝着大机组，大容量方向发展。传统的49.5MW规模已无法满足经济性要求。随着风电场规模的扩大，在35kV集电线路侧电容电流大于10A时，中性点可选择小电阻接地或经消弧线圈接地方式。经消弧线圈接地是以往设计中常采用的方式，其特点是当发生单向接地故障时，系统可通过其形成一个与接地电流幅值相似、但方向相反的补偿电流，从而达到抵消接地电容电流，熄灭接地电弧，防止故障扩大的目的。然而经消弧线圈接地方式在工程运行中被证实易导致谐振过电压，且与继电保护装置的配合情况较差，导致系统单相接地故障线路选择成为一个棘手难题。而中性点经小电阻接地方式则能避免谐振过电压，同时可以降低操作过电压，且能够准确选定故障线路，及时切除，防止事故扩大化。这一特点给现场运行维护人员提供了极大便利。根据国家电网《风电并网运行反事故措施要点》中的相关要求：风电场汇集线系统单相故障应而中性点经小电阻接地方式则能避免谐振过电压，同时可以降低操作过电压，且能够准确选定故障线路，及时切除，防止事故扩大化。因此，在现代风电场设计中，中性点经小电阻接地成为了最佳选择。

以下将通过工程实例从技术经济角度比较小电阻接地的几种接线方式优劣。

3 中性点经小电阻接地方式比较

以内蒙古赤峰某200MW风电场为例，若采用中性点经小电阻接地方式，则电气主接线方案有如下2种配置：

3.1 主变压器为Y－Y接线，低压侧带有中性点

主变压器选择一台带平衡绕组的有载调压变压器，接线组别为YNyn0。低压侧中性点采用小电阻接地。电气主接线示意图见图1。

图1 主变压器为Y－Y接线，小电阻在主变压器低压侧中性点接地

由于主变压器两侧均 为星形接线，为使3次谐波电流有循环通路，改善感应电压波形，保证供电质量，需在主变压器上增设一组平衡绕组。当一次侧采用此种接线方式时，接地系统二次保护配置除设置低压侧线路过电流保护、零序过电流保护外，可增加主变低压侧零序过电流保护，作为单项接地故障的后备保护。

采用此种接线方式的电气系统优点在于接线简单，所用设备少，系统运行稳定、可靠，降低了运行难度和设备故障率。同时二次侧保护配置简单，利于维护。缺点是当低压侧发生单项接地故障时，故障零序电流通过低压侧中性点小电阻接地。当零序电流较大时，可能会导致主变差动保护误动作。若提高差动保护动作阙值，则间接损害了差动保护灵敏度。

3.2 主变压器为Y－△接线，低压侧不带中性点

主变压器选择一台三项有载调压变压器，接线组别为YNd11。当主变压器低压侧为三角形接线时，无中性点引出，则需人为增设中性点。常用的办法是在低压侧增设Z型接线的接地变压器，小电阻通过接地变接地。电气主接线示意图见图2。

Z型接地变压器的将三相铁心的每个芯柱上的绕组平均分为两段，两段绕组极性相反，故当同芯柱的两个极性相反绕组通过相等的零序电流时，其产生的磁通互相抵消，变压器对零序电流呈低阻抗形式。而三相绕组按Z形连接成为星型接线，使得其可以外接低压绕组，兼作厂用变压器使用。电气主接线示意图见图3。

当一次侧采用接地变压器与小电阻相连时，应在接地变压器上中性点配置零序过电流分段保护作为单项接地故障保护。接地变压器配置电流速断保护和三相过电流保护作为变压器自身故障保护。

采用此种接线方式的电气系统优点为节省主变压器投资，且降低主变压器故障率，使运行更为可靠。尤其是当风电场分期建设时，将接地变压器兼作厂用变使用，可节省相应变压器、开关柜及配电室面积。但将接地变与厂用变合并，无形中增加了系统的不稳定性。限于规模和投资，风电场一般不设置柴油发电机等保安电源，当中性点接地系统发生故障时，将会导致厂用断电。反之，当厂用电系统回路出现问题，则会导致系统中性点接地系统退出运行，同样会对运行安全造成影响。

3.3 技术经济比选

以上两种方式主要接线方式均可满足风电场安全并网稳定运行的需要，且在以往工程实例中得到了良好反馈。结合大量实际工程实例和当下招投标市场状况，两种接线方式的主要技术经济指标见表1。

表1 不同方式的小电阻接地方案技术经济性比较

经过比选可知，采用主变低压侧带有中性点的接线方式不仅接线简单，同时也更加利于风电场投产后的运行维护。虽然此方案由于需要增加平衡绕组导致设备初投资较大，但随着风电场规模的不断扩大及风机设备价格的不断下跌，良好的运行稳定性会使发电收益得到充分保障，增加的成本完全能够分摊至日后的运营收入中，不会对项目可行性造成实质性影响。

4 结论

通过对当下设计规范的相关要求把握和对工程实例的具体分析，可以看出最适合大型风电场中性点接地的方式为中性点经小电阻接地。而在中性点经小电阻接地的几种常见设计方案中，主接线采用主变压器Y－Y接线，即低压侧带有中性点的方案技术性能最佳。为了配合这种接线方式，需在主变压器增设一组平衡线圈。而在以往设计中被广泛采用的低压侧增设接地变压器，且与厂用变合用的方式虽然节省了初投资，但却牺牲了系统运行的稳定性和可靠性，故不做推荐方案使用。

[1]李谦，靳晓东，王晓瑜，招誉颐．配电系统中性点经电阻接地方式限制弧光接地过电压的仿真研究[J]．广西电力技术，1995(01)．

[2]董进成．变电站35kV中性点经小电阻接地的成功应用[J]．冶金动力，2010(S1)．

Application of Small Resistance Grounding Manner in Wind Power Plant Design

YANG Jian-nan
(China Power Construction Engineering Consulting，Beijing 100120, China)

Due to the increasingly development of windfarm, Single－phase－to－ground fault became a crucial subject. By comparison, this article suggests that the neutral ground selection in windfarm should be small resistance grounding. Also review and reliability analyses of two typical small resistance grounding design are showed.

windfarm; neutral ground; small resistance.

TM614

B

1671-9913(2014)03-0073-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.015

2013-12-01

杨建楠(1987- )，男，北京人，硕士，从事新能源和EPC总承包电气专业工作和研究。