浅析风电场接地系统运行方式的选择

李志刚

摘要：大型风电场汇集线系统运行可靠性如何，在很大程度上影响了电网运行的稳定性，而接地故障又是影响风电场汇集线系统运行效果的主要因素。一经汇集线系统出现接地故障，就会因为电弧不能自动熄灭而产生间歇性电弧，或者是谐振引起的过电压，最终会导致电缆绝缘被击穿，或者避雷器爆炸等事故。本文就风电场汇集线系统特征进行了分析，并以提高电网运行稳定性为目的，对多种接地方式进行了分析。

关键词：风电场;接地系统;接地处理

大型风电场风力发电机组间距一般都比较大，一般情况下出口电压经过箱式变压器升压到35kV，然后通过35kV汇集线送往风电场升压站，最后再进行过升压处理后才会接入大电力系统中[1]。就现在风电场建设情况来看，大部分汇集线都是选择用35kV电缆或者架空线的方式，但是因为风电场面积都比较大，则汇集线线路比较长，导致35kV系统电容电流比较大，为保证线路运行安全性，必须要做好汇集线的接地处理，对保障电网的运行稳定具有重要意义。

1.风电场35kV汇集线系统运行特点

第一，受风电场内风力发电机组间距影响，风电场内汇集线网络线路距离比较长，一般情况下汇集线电缆电容电流会比较大，大概是等长度普通电缆的25～50倍。不同的电缆电容电流不同，其中单芯电缆电容电流要比三芯电缆大，为大容性电流系统。

第二，就风电场35kV汇集线系统施工特征来看，存在大量的“T”节点与电缆头。再加上大型风电场建设环境比较特殊，很多都位于戈壁滩，受戈壁滩地理环境以及温差影响，导致很多电缆的焊接施工不过关，这样就大大增加了故障的发生概率，成为35kV汇集线系统运行的薄弱系统。为保证电网系统的稳定运行，必须要做好对风电场35kV汇集线系统的安全管理，结合其间距大、线路长的特点，必须要从实际需求出发，选择最为合适的接地方式，提高系统运行的安全性，降低故障对电力系统造成的影响。

2.风电场35kV汇集线接地方式分析

2.1 中性点经消弧线圈接地

选择此种接地方式对风电场35kV汇集线系统进行接地处理，在系统容性电流发生变化时，消弧线圈接入容量调整更为方便，并且可以有效降低线路单相接地时故障点的残流，改善因为接地故障不能自熄的问题，进而能够避免汇集线系统长时间燃弧而导致的相间短路[2]。如果35kV风电场汇集线为电缆线路，并且线路间距比较长，在电容电流大于10A时，汇集线中性点采用此种方式接地。在选择接地方式时，需要从实际情况出发，结合风电场汇集线系统建设要求，全面分析接地方式存在的优缺点，保证能够提高系统运行的可靠性。中性点消弧线圈接地，对小电流选线装置的灵敏度存在一定影响，严重的甚至存在无法选线的情况。并且此种处理方式，容易出现串联谐振过电压现象，在变压器高压侧到低压侧传递时，电压被放大等。

2.2 中性点经电阻接地

中性点经电阻接地，主要是阻止谐振过电压与间歇性电弧接地过电压，与消弧线圈接地方式相比，在施工成本上要具有一定的优势，并且可以在短时间内完成单相接地故障的切除，恢复系统的正常运行。但是，在选择此种接地方式进行处理时，需要控制好一定的使用条件，如在单相接地故障时，零序电流尽量在200A以上，并且应选择小阻值电阻，对提高接地保护工作有效性具有重要意义。

2.3 中性点经消弧线圈并接小电阻接地

在汇集线系统出现临时单相故障时，消弧线圈会输出电感电流，使得电弧熄灭，进而能达到消除接地故障的目的。如果系统出现的是永久性故障，则在消弧线圈补偿一段时间后仍存在接地故障，则需要投入电阻接地并选线，对存在故障的线路进行切除，控制故障影响范围。第一，如果风电场汇集线系统选择用电缆敷设处理方式，受电容电流大特点影响，一方面需要大容量的消弧线圈，另一方面为保证系统运行效果，还需要投入大量成本。并且对于选择电缆敷设方式的系统基本都是出现永久性故障，在进行接地处理时，应尽量选择用电阻接地方式。

第二，如果风电场汇集线系统选择用架空线路施工时，电容电流相对要小，所需要的消弧线圈容量也比较小，投资比较少。但是与电缆敷设处理相比，此种处理方式出现故障的概率比较大，在接地处理时，可以选择用消弧线圈接地方式，能够有效提高供电连续性，并减少运行工作量。其中，对于临时故障多、电容电流大情况，可以选择用消弧线圈并接小电阻接地处理方式，即可以准确选线，有能够减小接地点残留，提高电网运行的可靠性。

3.风电场汇集线系统消弧线圈接地设计

经消弧线圈接地即将一个电感消弧线圈接入到中性点与大地之间，一旦系统出现单相接地故障，就可以利用消弧线圈中电感电流完成接地容性电流的补偿，降低流过故障点的电流，使故障相接地电弧两端电压可以恢复到自行熄灭的范围[3]。其中，补偿容性电流谐振等值电路如图1所示。其中，由电阻电流IR、电感电流IL以及电容电流IC组成零序电流IO，并且三者之间关系可以表示为：

其中，阻尼率d=IR/IC一般情况下都比较小，能够对系统容性电流产生较小的影响;而消弧线圈脱谐度v=（IC-IL）/IC，一般选择过补偿方式灭弧。

图1 补偿容性电流谐振等值电路图

对于大型风电场35kV汇集线系统接线处理方式的设计，一般可以选择用三角形接线，并由三相接地变提供可靠的接入点。在进行设计时，应结合实际需求合理确定线电压与相电压的计算，三角形接线线电压与相电压相同，而星形接线线电压是相电压的1.732倍。另外，将消弧线圈容量的有效系数确定为1.2，过补偿系数确定为1.35，则安装容量的确定公式为：Q=1.2×1.35×IC×U。

4.结束语

大型风电场汇集线系统具有间距长特点，其电容电流比较大，为确保系统能够稳定运行，必须要结合其结构特征，合理的选择接地处理方式，针对常见的单相接地故障进行处理，争取不断提高系统运行的安全性，保证接入电网的电压正常，提高电网运行的稳定性。

参考文献：

[1]李军，牛柱.浅析中宝风电场35kV汇集线系统接地改造[A].中国风电生产运营管理，2014，21：80-84.

[2]吕仁帅，赵鹏，袁帅，贾晶.风电场35kV系统中性点接地设计方案分析[J].电力与能源，2014，01：80-84.

[3]姚天亮，郑昕，杨德洲，王利平.大型风电场内部35kV汇集系统接地方式选择[J].电气应用，2013，11：70-74.