大型光伏电站中性点接地装置选择及设计

刘思佳 刘苏弦 杨超

摘要

大型光伏电站需设置中性点接地装置，该装置接地方式的选取关系到电站安全运行，本文对大型光伏电站两种主要接地方式（消弧线圈与电阻）进行了分析，并结合国家电网公司重大反事故措施分析了选取电阻接地方式的合理性，最后对某大型光伏电站中性点接地装置进行了设计分析，具有一定的实际参考意义。

【关键词】大型光伏电站 中性点接地装置 案例设计

1 前言

在大型光伏电站设计中，中性点接地方式的选取至关重要。中性點装置的选取与电压等级、短路电流、保护配置等都息息相关，合理选取中性点接地装置影响到大型光伏电站及整个大系统的安全可靠运行。大型光伏电站汇集线路电压等级多选取35kV，中性点接地系统较多采用经电阻接地或经消弧线圈接地。

2 大型光伏电站中性点接地方式

2.1 大型光伏电站经电阻接地方式

此接地方式是指在大地与中性点之间加入电阻，在电站汇集线路发生故障时，使接地故障电流呈阻容性。中性点阻性电流的合理选取，有利于区分非故障相电流和故障相电流，从而将故障快速切除。由于经电阻接地方式检测的灵敏性，该接地方式主要运用于在以电缆线路为主和电缆线路与架空线路混合的大型光伏电站中

2.2 大型光伏电站经消弧线圈接地方式

此接地方式是指在大地与中性点之间加装一个可调节电感消弧线圈。在电站汇集线路发生故障时，自动调节线圈感应值使感性电流接近系统容性电流，补偿容性电流，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围。由于经经消弧线圈接地可使系统在发生单相接地故障时运行一段时间，但带故障运行对设备要求高，同时，故障运行可能使故障扩大化，该接地方式在以架空线为主的汇集线路中有较多应用。

3 大型光伏电站主要接地故障分析与接地方式选择

3.1 故障分析

在大型光伏电站中，多数电站汇集线路形式采取的电缆线路与架空线路混合或纯电缆线路，在这两种形式中，故障率较高的为电缆头故障，这类故障一般为不可恢复故障，需要停电后维修解决。如果系统长时间运行在故障状态，可能会对系统造成一定不稳定，同时，可能会使接地故障扩大，导致整个电站全部脱网，不利于整个系统可靠运行。

3.2 中性点接地方式选取

针对大型光伏电站运行情况，在国家电网公司发布的《十八项电网重大反事故措施》 （修订版）中提出以下要求：汇集线路在发生单相接地故障时应快速切除。汇集线系统必须选取经消弧线圈或者电阻接地方式，不应采用不接地或经消弧柜接地方式。

根据《十八项电网重大反事故措施》可知在大型光伏电站发生接地故障时需要快速可靠的切除。结合目前大多数光伏电站采取的汇集线路形式，结合中性点接地两种方式分析，中性点经电阻接地更为符合国家电网公司要求。

3.3 电阻接地系统设计案例分析

本文以某20MW光伏电站工程设计为例，以中性点经电阻接地为基础，合理设计了中性点装置接地电阻阻值及接地变容量。该光伏电站采取分区逆变，分区升压的方式，共分为14个1.25MW发电单元，共分为2回35kV汇集线路（电缆线路）接入光伏电站升压站35kV母线。

3.3.1 中性点接地电阻值计算

选取原则：限制电站过电压水平，保护电站设备，一般将暂态过电压限制在2.5倍相电压以内。同时，电阻大小的选取还应保证可向二次保护装置提供足够大的电流，满足保护装置动作要求，达到快速可靠切除故障的目的。

从图1中可以看出，当I_R>0.8I_C时，K值小于2.5，此时过电压被限制在2.5倍相电压，但此时的系统提供的阻性电流无法满足二次保护装置动作要求。在发生故障时，电流为阻性电流与容性电流矢量和，在未发生故障时，电流为容性电流。在大型光伏电站实际发生单相接地故障时设计值远大于电流值，因此，容性电流应小于阻性电流。经过己投运电站的大量实践表明：当电阻值较大时，I_R=（4～5）I_C以满足系统发生故障动作的灵敏性为主;当电阻值较小时，I_R一般取（2～3）I_C。

I_C应集合光伏电站汇集线路所有电缆线路及架空线的电容电流。单回架空线路I_C估算公式见式（1）：

式中，I_C—架空线电容电流（A），L—线路长度（km），U—线路电压（kV），无架空地线线路选取2.7系数，有架空地线线路选取3.3系数。

电缆线路I_C估算公式见式（2）：

I_C=0.1UL（2）

光伏电站中性点接地装置电阻值计算公式见式（3）：

式中：

R—接地装置接地电阻值（Ω）：

U_相—系统相电压（V）。

由式（1）、（2）、（3）计算某光伏电站接地装置电阻理论值R=500Ω

3.3.2 中性点接地装置变压器容量计算

根据变压器容量选取原则，考虑过载能力，则：

式中：

S_e—接地装置变压器额定容量（kVA），

U_e—系统线电压（kV）。

由式（4）计算得出接地装置变压器理论容量为550kVA。

4 总结

合理选取大型光伏电站中性点接地方式，能有效提高系统安全稳定运行水平，有效缩小汇集线路故障后系统故障范围。在实际光伏电站运行中，中性点接地装置选取还应结合具体集电线路形式、保护装置情况综合选取，使电站更为有效平稳运行。

参考文献

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