风电厂汇集线系统中性点两种接地方式对比应用分析

马润芝

摘要:本文主要对风电场汇集线系统两种接地方式工作原理进行了分析，并结合全国已投运风电场汇集线系统中性点接地方式应用实例就两种接地方式的应用持点作了对比分析。

关键词:电力系统；中性点；接地方式；电阻；消弧圈

中图分类号： F407 文献标识码： A

2011年国内发生的多起大规模风电脱网事故，国家电网调度中心颁布了974号《风电并网运行反事故措施要点》，提出了风电场汇集线系统可采用中性点经电阻或经消弧线圈两种接地方式。电力系统中性点接地方式是一个很重要的综合性问题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全有重要影响。在过去，由于配电网比较小，主要采用不接地或经低电阻接地或高电阻接地方式，近年来各种不同形式的自动跟踪补偿的消弧线圈开始在配电系统中运行。各种中性点接地方式和装置都有一定的适用范围和使用条件，为此，采用不同的中性点接地方式是很正常的。本文主要结合具体的应用情况就风电场汇集线系统中性点经电阻或经消弧线圈两种接地方式作一些对比分析。

1两种接地方式原理及特点分析

1.1中性点经电阻接地

中性点经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是阻尼元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。中性点经电阻接地方式可分为三种：经高阻接地、经中电阻接地和经小电阻接地。中性点经高阻接地可以消除大部分谐振过电压，对单相间歇弧光接地过电压具有一定的限制作用,适用于对地电容电流Ic<10A的配电网。中性点经中电阻和小电阻接地方式适用于以电缆线路为主、瞬时性单相接地故障很少的、系统电容电流比较大的城市配网、发电厂厂用电系统及大型工矿企业配电系统。

中性点电阻是耗能元件，同时也是阻尼元件。经电阻接地可以降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压<相电压，且持续时间很短。能有效地限制弧光接地过电压，在中性点经电阻接地的配网中，当接地电弧熄弧后，系统对地电容中的残荷将通过中性点电阻泄放掉，在下一次燃弧时其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情况相同，不会产生很高的过电压。中性点电阻阻值越小，泄放残荷越快。适当选择中性点电阻值，可以将过电压倍数限制在合理的范围内。

(2)中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地是在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流补偿线路接地的电容电流，使流过接地点的电流减小到能自行熄灭的范围。

经消弧线圈接地主要利用消弧线圈的感性电流对电网的对地电容电流进行补偿，使单相接地故障电流<10A，从而使故障点电弧可以自熄；故障点绝缘可以自行恢复；经消弧线圈接地可以减少间隙性弧光接地过电压的概率。单相接地时不破坏系统对称性，可以带故障运行一段时间，以便查找故障线路。因此中性点经消弧线圈接地一般仅在3～60kV系统中采用。对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障不会发展成相间短路故障，因而中性点经消弧线圈接地方式可大大提高了供电可靠性，这一点优越于中性点经小电阻接地方式。

2两种接地方式适用性对比分析

2.1中性点经电阻接地方式

经电阻接地是消除系统各种谐振过电压的最有效措施，中性点电阻相当于在谐振回路中并接一个阻尼电阻，由于电阻的阻尼作用，基本上可以消除系统的各种谐振过电压。试验表明，只要中性点电阻不是太大(不大于1500Ω)，就可以消除各种谐振过电压，电阻值越小，消除谐振的效果越好。

中性点经电阻接地的配网发生单相接地故障时，零序保护动作,可准确判断并快速切除故障线路，如果故障线路是电缆线路，考虑到接地故障一般是永久性故障，对故障线路不进行重合闸，不会引起操作过电压。如果是架空线路,由于架空线路发生瞬时故障的可能性较大，在故障线路跳闸后，还将重合一次。实测表明，不论重合成功与否，在重合闸过程中均无明显的谐振过程和过电压。

经电阻接地提高系统安全水平、降低人身伤亡事故，在低电阻接地系统发生接地故障时，零序保护可以在很短时间内动作，将故障线路快速切除。

2.2中性点经消弧线圈接地方式

在实际电力工程使用中,经消弧线圈接地方式常用于35KV以下电网中。而在以电缆线路为主的城市配网，经消弧线圈接地方式的应用仍然存在着一些问题：

单相接地故障时，非故障相对地电压升高到相电压以上，持续时间长、波及全系统设备，可能引起第二点绝缘击穿，引起事故扩大。消弧线圈不能补偿谐波电流，有些城市电网谐波电流占的比例达5%-15%，仅谐波电流就可能远大于10A，此时无法避免发生弧光接地过电压。对于电容电流很大的配电网，如果通过补偿要使单相接地故障电流Ijd <10A，就必须使系统保持较小的脱谐度，系统的脱谐度过小，对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用，使中性点电压偏移超过规程允许值(<15%Un)，保护将发出接地故障信号。另外脱谐度太小，系统运行在接近谐振补偿状态，将给系统运行带来极大的潜在危险（谐振过电压）；要保证中性点位移电压不超过规程允许值，就要增大脱谐度，然而，脱谐度过大，将导致残余接地电流太大(Ijd >10A)，又可能引起间歇性弧光接地过电压。很难保证既使残余接地电流Ijd <10A，又保证中性点位移电压不超过规程允许值这两个相互制约的条件。另外，消弧线圈的调节范围受到调节容量限制。此外，由于系统的运行方式及系统电压经常变化，系统的电容电流经常变化，跟踪补偿困难。由于上述原因，中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率，不能消除弧光接地过电压，也不能降低弧光接地过电压的幅值，弧光过电压倍数也很高，对设备绝缘威胁很大。特别是对紧凑型配电装置及电缆线路，更易造成绝缘击穿或相间短路，造成设备烧毁的大事故。

寻找单相接地故障线路困难，目前许多针对消弧线圈接地系统的小电流接地选线装置的选线正确率还不理想，往往还要采用试拉法。采用试拉法时，既造成非故障线路短时停电，又会引起操作过电压，另外寻找故障线路时间也较长，可能导致汇集线单相故障的扩大化。

结论与总结:

974号风电反措要求中明确提出，汇集线系统单相故障时需快速切除，由于消弧线圈接地系统中的小电流接地选线装置的可靠性较低，容易导致事故的扩大化，故而推荐风电场中性点接地方式采用经电阻接地。

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