风电场35kV系统中性点接地方式探讨

风电场35 kV系统中性点接地方式探讨

朱守明

(华润新能源华东分公司，山东 烟台 264000)

摘要：对风电场35 kV系统中性点接地各种方式的特点及优缺点进行对比分析，介绍各种方式适用范围，并给出经电阻接地方式下设备参数的计算方法。

关键词：风电场；中性点；接地

收稿日期:2015-04-20

作者简介：朱守明(1971—)，男，江苏沛县人，工程师，研究方向：新能源建设(风电建设)。

1电力系统中性接地方式的分类及特点

(1) 中性点直接接地方式。优点：安全性好，正常情况下中性点电压为三相不平衡电压，幅值非常小；当系统发生单相接地故障时，故障相电压降低，非故障相电压仍为相电压，电压幅值不升高，不会产生单相接地弧光过电压，也不会发生系统谐振过电压，保护装置可以快速切除故障。缺点：系统供电可靠性差，在发生单相接地故障时继电保护装置动作直接切除故障。(2) 中性点经消弧线圈接地方式。优点：供电可靠性高，当系统发生单相接地故障时消弧线圈自动补偿装置自动调整线圈的电感量产生等值感性电流以补偿接地容性电流，使补偿后的接地故障点残流很小，可有效降低故障点弧隙恢复电压，限制弧光接地过电压并消除谐振过电压，降低故障跳闸率。缺点：由于消弧线圈成本较高，容量不宜过大，另外由于采用自动跟踪补偿，对装置机械性能、响应时间等均有较高要求，适用性较差。(3) 中性点电阻接地(即接地变压器加电阻接地简称“接地变组合”)方式。优点：选择性高，中性点接地电压被限制在较小范围，对设备绝缘等级要求较低。发生单相接地故障时，电网容性电流经电阻流入大地，可有选择性地跳闸，提高保护装置的灵敏性，有效降低弧光过电压，消除谐振过电压。缺点：对于瞬间接地故障均作用于跳闸，对单电源用户供电可靠性稍差。(4) 中性点不接地系统。优点：供电连续性好，在发生单相接地故障时，故障点只有系统电容电流，一般较小，允许运行一段时间，保护只发信号不跳闸。缺点：安全性较差。在发生单相接地故障时，故障相电压有所降低，非故障相电压将升高，在系统外绝缘薄弱环节，易发生绝缘闪络或击穿，造成两相接地短路或引起弧光接地过电压；由于线路参数变化引起高频谐振，形成谐振过电压。

235 kV系统中性点接地方式的选择与比较

2.135 kV中性点接地方式的选择依据

不同电压等级中性接地方式的选择要充分考虑系统供电可靠性与故障范围及稳定性，系统绝缘配合、过电压水平、对继电保护装置的影响、经济性等诸因素，主要依据电力行业标准DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》。

风电场多采用分散布置、集中输出方式，所有风电机组分成多组，每组10～14台风机，每台风机经690 V/35 kV箱式变压器升压至35 kV，经电缆、架空线或两者混联而成的集电线路送往升压站，由35 kV/110(220)kV变压器升压后送至公共电网。

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》要求：所有35 kV系统，当单相接地故障电容电流不超10 A时，应采用不接地方式；当单相接地故障电容电流超过10 A又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式(3.1.2款)；35 kV主要有电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式(3.1.5款)。

2.235 kV系统电容电流的计算

由上文可知，35 kV中性点接地方式的选择与风电场系统电容电流大小有着密切关系，因而35 kV系统电容电流计算至关重要。风电场单相接地电容电流主要有电缆、架空线路两部分。

(1) 电缆线路电容电流(Ic)：与系统电压(Ue)和电缆长度(L)成正比。

Ic=0.1×Ue×L

(2) 架空线路电容电流(Ic1)：与系统电压(Ue)和架空线长度(L)成正比。

Ic1=(2.7～3.3) ×Ue×L/1 000

其中，系数2.7适用于无架空地线的线路，系数3.3适用于有架空地线的线路。

(3) 同杆双回架空线电容电流(Ic2)：与单回架空线电容电流(Ic1)成正比，双回架空线存在耦合电容，需考虑系数。

Ic2=(1.3～1.6)Ic1

其中，系数1.3对应10 kV线路，系数1.6对应35 kV线路。

(4) 若需对风电场集电线路各支路接地电流进行精确计算，可采用以下公式：

Ic3=181.3×C0×Ue1×L

式中，Ic3为对地电容电流(A)；C0为电缆或架空线单相对地电容(F/km)；Ue1为电网线路电压(kV)；L为电缆或架空线长度(km)。

3中性点接地方式的选择

3.1中性点不接地方式

对于集电线路以架空线为主的风电场，单相接地故障多是瞬时的(如雷击、大风飘浮物、树木碰触等)，约占总故障数的60%～70%。单相接地电容电流小于10 A，故障点电弧可自行熄灭，熄弧后绝缘可自行恢复，对系统损伤较小，允许带电运行一段时间(不超过2 h)。从投资与运行维护角度，可采用中性点不接地方式。

3.2经消弧线圈接地方式

(1) 当风电场集电线路采用架空线路或电缆线路，瞬时单相接地故障较多，电容电流大于10 A且需在接地故障条件下运行时，35 kV中性点宜采用消弧线圈接地方式，且应：1) 消弧线圈必须工作在过补偿状态，避免因系统参数发生变化引起系统谐振产生谐振过电压危及电网安全；经消弧线圈接地能有效限制弧光接地过电压。2) 考虑单相接地故障以瞬时性为主的特点，消弧线圈应采用自动跟踪补偿装置，可实时跟踪、动态快速可调，以使消弧线圈产生的感性电流足以抵消单相接地电容电流，令残流很小，以减少对系统供电可靠性的影响。

对于系统中永久性接地故障，通过消弧线圈的补偿作用可有效减小接地点电流，降低故障扩大几率；同时，配合可靠的自动选线装置，正确选出故障线路并作用于跳闸，可提高系统的安全性、可靠性。

(2) 消弧线圈的补偿容量计算：

式中，Q为补偿容量(kVA)；K为系数，过补偿取1.35，欠补偿按脱谐度确定；IC为集电线路的电容电流(A)；Ue2为集电线路的系统标称电压(kV)。

3.3经电阻接地方式

(1) 当35 kV集电线路以电缆线路为主时，单相接地故障时单相接地电容电流较大，根据工程经验，有时可达150 A以上(故障电流水平为400～1 000 A)，若使用消弧线圈接地则需要消弧线圈容量很大，消弧线圈设计困难、制造成本高、运行功耗大、不经济，宜选用中性点经电阻接地方式：1) 采用电阻接地方式时宜选用成套接地电阻装置，且接地电阻值的选择要充分考虑继保技术要求、故障电流对电气设备的影响、供电可靠性、人身安全等；2) 中性点接地电阻装置应满足DL/T780—2001《配电系统中性点接地电阻器》要求；3) 中性点接地电阻装置的绝缘水平应与相应的电压等级匹配；4) 接地电阻回路中应装设中性点电流监测装置或接地电阻温升监测装置。

(2) 接电阻装置中性点引出方式可采用接线为Zn型接地变压器加接地电阻或带平衡绕组的Yy0接线变压器加接地电阻，目前两种方均有使用，现以前者为例介绍如何选择接地电阻和接地变压器的参数。

1) 接地电阻的选择：在中性点经电阻接地方式中，接地电阻的选择直接会影响到系统单相接地时流经接地点的电流。结合工程实践，一般将单相接地时流过接地点的电流控制在300～600 A。

电阻值：RN=Ue2/IR

接地电阻的功率：PR=IR×Um

式中，RN为中性点接地电阻值；Ue2为系统标称电压；IR为选定的单相接地电流，IR>KIC，其中K为系数，取1～2，IC为集电线路电容电流(A)。

2) 接地变压器的型式及参数选择：中性点电阻接地系统用接地变压器不兼所用变压器时，容量按照接地故障时流过接地变压器电流对应容量的1/10选取，接地变压器兼用所用变压器时其容量还应加上所用负荷容量。考虑到接地变压器“长时间空载，短时间过载”的特点，接地变压器容量的选择应充分利用变压器的过负荷能力。

4结语

风电场中性点接地方式的选择应结合集电线路接线方式、35 kV侧电容电流大小进行综合考虑。对于架空线、电缆混联线路组成的35 kV系统，中性点接地方式建议优先考虑经电阻接地。

[参考文献]

[1]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1989.

[2]李润先.中压电网系统接地实用技术[M].北京：中国电力出版社，2002.