浅析接地成套装置在光伏电站中的应用

张建红（青岛昌盛日电太阳能科技有限公司,山东　青岛　266234）

浅析接地成套装置在光伏电站中的应用

张建红
（青岛昌盛日电太阳能科技有限公司,山东青岛266234）

摘要：随着光伏产业的发展，光伏电站的装机容量越来越大，中性点接地方式的确定仍为热点问题。本文结合目前光伏电站中常用的两种接地方式进行分析比较，介绍电站项目中性点选择需要进行计算的一般设计思路，并对接地成套装置在光伏电站中的应用给出几点意见。

关键词：光伏电站;电容电流;消弧线圈;小电阻

1　概述

随着光伏组件价格降低，国家对发展清洁能源的重视和鼓励政策的实施，光伏电站得以大力发展，装机规模也越来越大，尤其是BIΡV模式的应用。大型光伏电站考虑到容量和损耗等原因，采用逐级汇流就地升压的方式运作；综合考虑建设成本、可靠运行、损耗、运行维护等因素，目前高压并网方案大多数选择先就地升压至35KV，再二次升压或接入既有升压站至送出电压。

变压器中性点接地方式的选择直接影响到电力运行的安全性、稳定性和经济性，同时也直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。随着电力技术的发展，成套装置方案越发成熟，本文针对消弧线圈接地成套装置和小电阻接地成套装置在光伏电站中的应用加以分析。

2　电容电流的计算

光伏电站电网的电容电流，应包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器以及母线和电器的电容电流，还应适当考虑当地气象数据（主要是温度和辐照度）带来的影响，并适当考虑裕度，以此作为确定接地方式、选择设备和整定继电保护的判据。

（1）架空线路的电容电流可按下式估算：

式中：L线路长度(km)；Ue额定线电压(KV)；Ic电网电容电流（A）；

系数2.7用于无架空地线的线路，3.3用于有架空地线的线路。

同杆双回线路的电容电流为单回路的1.3～1.6倍。

（2）电缆线路的电容电流可按下式估算：

此外，电缆电容电流还与电缆截面有关，精确计算时需考虑。

（3）变电所电气设备引起的电容电流增加值见表1：

表1

电网电容电流增大，超过10A时接地电弧不能可靠熄灭，就会产生以下后果：

1）产生弧光接地过电压，对设备的绝缘危害极大甚至击穿；

2）持续电弧造成空气离解，易发生相间短路；

3）产生铁磁谐振过电压，易烧坏ΡT，损坏避雷器以至其爆炸。这将严重威胁电网的安全运行，因此必须结合实际考虑接地装置的配置。

3　消弧线圈接地成套装置

3.1消弧线圈接地成套装置

消弧线圈接地成套装置系统见图1，单相接地故障时产生电感电流以补偿电网的对地电容电流，将接地点的故障电流限制在10A以下，达到自动息弧、继续供电的要求。

图1

3.2消弧线圈补偿计算

式中：Q补偿容量(KVаr)；

K过补偿系数，取1.35。

为提高补偿成功率和便于运行调谐，一般需将分接头调谐到接近谐振点的位置，并采用过补偿运行方式，避免发生串联谐振。

3.3消弧线圈接地方式分析

变压器中性点经消弧线圈接地，单相接地时，流过故障点的故障电流相对较小，从而允许线路不立即作用于跳闸，继续带负荷运行。

微机自动跟踪消弧装置的使用，并配套接地自动选线环节，满足目前中性点经消弧线圈接地方式的电网运行需求。但需注意，消弧线圈补偿实际上只能起到熄灭电弧的作用，而不能抑制因弧光短路所引起的过电压倍数；此外，当系统电容电流过大时，消弧线圈很难达到理想的脱谐度而造成谐振的发生。

本研究发现：脑卒中病人家庭照顾者知觉压力水平高于普通人群，医务人员在工作中，应关注脑卒中病人家庭照顾者身心健康状态，积极对其采取正面心理引导，帮助照顾者以积极应对方式面对困难，减轻照顾者压力源，提高其身心健康水平。

3.4接地变压器

接地变为连接消弧线圈提供有效的中性点，可适当调整电网的不对称，其容量应与消弧线圈的容量相配合。接地变的特性要求是：零序阻抗低，空载阻抗高，损失小。一般采用曲折形接法(Z形)的接地变，如ZN,yn11。

接地变容量的选择:接地变不带二次绕组时，接地变的容量等于或略大于消弧线圈的容量；接地变带二次绕组时，接地变的容量等于或略大于消弧线圈的容量加上接地变二次绕组的容量。

接地变理论容量计算公式（接地变同时作为站用变，二次侧接站用电）：

式中：Q消弧线圈容量(kVаr)；S二次侧接所用电的容量(KVA)；功率因数角(°)；Sj-接地变容量(KVA)。

根据标准IEEEStdC62.92.3-1993中规定，接地变压器容量需考虑10s的过载能力，即容量理论计算值应除以相应过载倍数10.5。故此处接地变实际容量为Sj’=Sj/10.5。

4　小电阻接地成套装置

4.1小电阻接地成套装置

中性点经小电阻接地，可降低单相接地时的暂态过电压、消除弧光接地过电压和某些谐振过电压；产生的零序电压或零序电流，能使继电保护装置迅速选择故障线路并切除故障。系统图见图2。

此方式对系统电容电流变化的适用范围较大（接地故障电流一般为100A～1000A），确定接地电阻值后，电容电流发生较大变化，接地电阻对降低弧光过电压、消除谐振过电压的效果无明显变化，所以在系统运行方式发生变化或电网发展时，可不改变接地电阻。

图2

IR为电网单相接地故障时流过中性点电阻Rn的电流，Uph为额定相电压，则有IR=Uph/Rn；

4.2.1按限制弧光接地过电压的要求选择

大量的试验和计算表明，当IR=Ic时，可将间歇性弧光过电压倍数限制在2.6倍以内；当IR=2Ic时，可限压至2.3倍以内；当IR=4Ic时，可限压至2倍以内；当IR＞4IC时，限压效果已不明显。一般取IR=(2～4)Ic即可满足要求。

4.2.2按保证继电保护灵敏度的要求选择

IR/IC越大，Rn越小，IR越大，则故障电流就越大，保护的灵敏度就越大。

4.2.3按减小故障点接地短路电流考虑

故障点的单相接地短路电流越大，对故障设备的损害越大，此时Rn越大越好。

Rn的选择须根据电网的具体条件，考虑供电可靠性要求、限制弧光接地过电压的倍数、继电保护的灵敏性、对通讯线路的干扰、接触电压及跨步电压等因素，综合分析比较，选择效果最佳方案。

4.3实例分析

系统信息：电缆长度20km，电压等级为35KV，选用干式变压器，户内安装，0.4KV变压器带负载200KVA。电缆型号YJY23-26/35-3*240,配小电阻接地成套装置。

计算过程：估算线路电容电流，Ic=0.1*35*20=70A,从限压和继保的灵敏性和可靠速动考虑，宜选取电阻器通流IR=4IC=400A。

4.3.1小接地电阻的选取：

电阻阻值Rn=35*103/1.732/400=50.5A。选接地电阻器型号为：THT-ZT-35/50.5。

4.3.2接地变的选取

接地变的容量S1=(35/1.732)*400/10.5=769.8KVA；

接地变带0.4KV二次容量S2=200KVA；

则接地变总容量Sj’=S1+S2=969.8KVA，考虑裕量建议选取1000KVA；

选接地变型号为：THT-DKSC-1000/35-200/0.4。

5　光伏电站中性点接地方式的考虑

光伏农业大棚等大型光伏电站集电线路较长，单相对地电容电流较大，在设计时对于变压器中性点的接地方式应予以重视，避免发生短路事故危及电站甚至电网的安全稳定运行。光伏电站接地装置的选择及相关计算参照以上章节。系统电容电流在可调范围内时，可优先选用消弧线圈接地成套装置，以保证供电可靠性；但当电容电流过大时，为确保电网安全运行，则选择小电阻接地成套装置，迅速切除故障，避免事故扩大。

需要特别注意的是，当光伏电站电容电流大于10A，且升压至35KV后与电网直接连接时，更换电网侧接地装置不现实，则光伏电站侧需配接地装置且与电网侧接地方式保持一致，以防两侧动作混乱，影响系统的稳定运行。反例：直接连接时，电网侧采用小电阻接地，光伏电站侧采用消弧线圈接地，若光伏电站侧发生接地故障，引起系统电容电流的变化，电网侧小电阻使继电保护装置迅速选择并切除故障线路，即光伏电站侧故障造成了电网侧误动作；反之，电网侧故障也会引起光伏电站侧误动作。

6　结语

电力科技日新月异，各种接地装置都因其独到的优点得以发展；中性点接地方式的选择这个综合性的技术问题，应结合电网具体条件，通过技术经济比较确定。国内大型光伏电站的建设正处于发展阶段，相关标准规范尚不完善，组件质量、并网消纳、储能等很多技术问题都需要深入研究，这也是实现电网建设和改造的必然要求。中性点接地方式的问题，光伏电站的运行模式，有待于进一步改善，经过不断地实践、深化、创新，电力技术、光伏应用必将取得更大的进步。

参考文献:

[1]能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册(电气一次部分) [M].水利电力出版社,1989.

[2]中华人民共和国电力行业标准.DL/T620-1997.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S],中国电力出版社.

[3]李健,于硕实.电力系统中性点接地方式选择、设计、施工、运行与改造实用手册[M].当代中国音像出版社,2006.

[4]国家电网公司企业标准,Q/GDW156-2006.城市电力网规划设计导则[S].

作者简介：张建红(1988-)，女，山东潍坊人，本科，研究方向：智能箱式变电站和光伏电站设计。