風電場匯集線系統(tǒng)中性點接地方式的選擇剖析

胡煥勛

摘要：伴隨我國風電行業(yè)的深入發(fā)展，風電設備的規(guī)模也在不斷擴大，與此同時風機脫網(wǎng)事故開始大面積出現(xiàn)。我國在2011年共計發(fā)生4起規(guī)模較大的風電機組脫網(wǎng)事故，而導致該類事故發(fā)生的原因都是匯集線路出現(xiàn)短路故障且故障后沒有及時切除故障，最終引起數(shù)百大型風機發(fā)生脫網(wǎng)事故，這些事故造成的直接電能損失達到100萬kW。本文主要探析風電場匯集線系統(tǒng)中性點接地方式的選擇，以為相關工作人員和研究人員的工作和研究提供有用的參考。

關鍵詞：風電場；匯集線系統(tǒng)；接地方式；選擇

風電場的配電網(wǎng)采用中性點接地方式，該接地方式包括經(jīng)小電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地和不接地三種。選擇合理的風電場中性接地方式是關乎其安全運行的重要問題，能夠有效避免大面積停機故障的發(fā)生，有效增強風電場日常運行的可靠性與安全性。

1 中性點接地方式運行特點

1.1 經(jīng)小電阻接地方式

該接地方式工作原理為：對系統(tǒng)發(fā)生故障位置輸入阻性電流，確保接地故障電流性質變?yōu)樽枞菪浴?/p>

其主要優(yōu)點有：將電容電壓與電流間相位差角縮小，防止故障電流熄弧后發(fā)生重燃現(xiàn)象。確保阻性電流具有較大值，避免重燃現(xiàn)象發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)電壓在相電壓2.5倍內，并進一步優(yōu)化繼電保護的靈敏性。電纜線路系統(tǒng)內，和線路零序保護相配合，能夠有效判定故障線路并及時切除故障區(qū)域供電。

其主要缺點有：短路故障發(fā)生后，保護設備將做即時切除故障動作，從而導致斷電次數(shù)增加，導致供電具備可靠性降低；接地電流較大，導致故障點接地網(wǎng)地電位過高，對人身和設備安全造成危害。

1.2 經(jīng)消弧線圈接地方式

該接地方式又稱之為諧振接地方式。

其主要優(yōu)點有：確保供電具有持續(xù)性與可靠性；單相接地故障發(fā)生后，該系統(tǒng)能夠繼續(xù)運轉2小時；消弧線圈補償之后，接地電流在接地點只存在較小殘余電流，通過消弱故障區(qū)域相電壓復原速率來熄滅接地電弧，該方式熄滅接地電弧有利于保護系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；減小電網(wǎng)中絕緣閃絡接地故障中產(chǎn)生電流建弧率，進而減小線路發(fā)生跳閘的幾率；減小接地的工頻電流同時控制地電位進一步提升，縮小接地與跨步兩類電位差，盡可能消減低電壓設備發(fā)生反擊率。

其主要缺點有：故障中健全相電壓可達到3.2被電壓，并對設備要求很高絕緣水平；系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，系統(tǒng)進行消弧線圈補償，則導致故障中電流值偏小且電弧不穩(wěn)定性提高，導致接地故障發(fā)生后出現(xiàn)選線困難；消弧線圈在工頻下進行自動跟蹤補償，用電感電流和電容電流做抵消，其弧光接地產(chǎn)生的高頻分量則不能有效消除，因此該接地方式對弧光接地產(chǎn)生的過電壓無效；電纜線路出現(xiàn)故障大部分是永久性故障，而諧振接地且不跳閘時，電網(wǎng)在接地故障下繼續(xù)運行將發(fā)生接地短路故障，且故障極易成為永久性相間短路故障；過補償狀態(tài)可運行，欠補償狀態(tài)無法運行；欠補償狀態(tài)中，線路故障做切除處理容易導致較大諧振過電壓，容易對設備安全造成威脅；特殊情況中，線路將會發(fā)生較為嚴重的不對稱，這種情況在線路出現(xiàn)兩相或單相斷線問題時最為嚴重，容易導致串聯(lián)諧振，進而對設備安全造成危害；風電場規(guī)模和電纜長度的不斷提升，接地電容電流也隨之提升，容易造成風電場電容電流超標，進而造成選擇消弧線圈容量困境。

1.3 不接地方式

其優(yōu)點為：該接地方式下單相接地事故發(fā)生時，系統(tǒng)的對地電容中電流相對較小，其產(chǎn)生接地電弧通常可以自行熄滅，該供電方式具有較高的可靠性。該接地方式通過減小接地電流，對接觸和跨步電壓進行合理消減。

其缺點為：間歇性弧光接地發(fā)生時，瞬間形成的過電壓最高可為相電壓的3.5倍，故必須要求電網(wǎng)具有很高的絕緣水平，而該類故障問題發(fā)生后定位較為困難，無法準確快捷的切斷接地故障發(fā)生區(qū)域的線路。

2 風電場匯集線系統(tǒng)中性點接地方式的選擇

2.1 系統(tǒng)接地方式

風電場匯集線路中電壓等級通常是35kV，而35kv系統(tǒng)中單相接地故障電容電流低于10A，則做不接地處理；大于10 A且?guī)Ы拥毓收线\行時，則選擇經(jīng)消弧線圈接地方式；6-35 kV則是用電纜線路構建的送、配電系統(tǒng)，單相接地故障的電容電流值很大的選擇低電阻接地方式，通常該接地方式的接地故障電流是100-1000A。

2.2 匯集線系統(tǒng)中性點接地方式的選擇

風電場升壓站中性點接地方式的選擇要根據(jù)風電場自身特征，其主要考慮因素包括：供電可靠性、繼電保護選擇性與靈敏性、電氣設備絕緣性能、匯集線路型式與故障特征。

風電場是不同于常規(guī)配電系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，一旦發(fā)生長時間持續(xù)性故障，會造成風機大量脫網(wǎng)的重大事故，因此中性點經(jīng)消弧線圈接地或不接地系統(tǒng)無法帶故障長期運行，必須對故障區(qū)域電網(wǎng)做即時切除處理。

風電場選址通常超過海拔2500m，部分風電場海拔甚至超過海拔3500m，其自然氣候條件較為惡劣。電力電纜集電線路可在惡劣氣候環(huán)境中確保送電安全性，已在高海拔風電場中廣泛應用。電纜線路電容電流很大，一旦出現(xiàn)故障往往成為永久性故障。

高海拔區(qū)域電氣設備外絕緣性能會因環(huán)境因素影響而下降，當電氣設備外絕緣強化措施不滿足需求時，則可采用電網(wǎng)中性點接地方式解決該問題，而中性點經(jīng)小電阻接地能夠有效應對高海拔電氣設備絕緣性能降低問題。

匯集線路類型大致可分為：架空混合線路、全電纜線路和全架空線路。

風電場采用無電纜頭全架空匯集線路，其90%故障為瞬時性故障，電容電流在10A內，則選擇不接地方式；箱變與匯集線路采用全架空線路，電容電流雖然低于10 A，但為了避免電纜頭出現(xiàn)永久接地故障與保證故障及時切除，實踐中通常選擇“消弧線圈+接地選線裝置”接地方式；全架空匯集線路電容電流超過10A，選擇消弧線圈接地方式，但實踐中為確保故障切除及時，通常選擇“消弧線圈+接地選線裝置”接地方式；全電纜線路與架空混合線路中電纜線路故障多發(fā)生在電纜中間接頭與終端頭位置，一旦發(fā)生故障則接地電弧則具有封閉性，該類電弧通常不會自行熄滅，若跳閘處理不及時，則會導致相間短路故障。電纜絕緣性相對較差。消弧線圈接地系統(tǒng)中，故障點判斷時間長，則電纜承受暫態(tài)或工頻過電壓的時間較長，容易導致相間故障，進而造成線路跳閘。該情況則選擇中性點經(jīng)小電阻接地對接地故障做及時切除。

3 結束語

風電場匯集線系統(tǒng)中性點接地方式的選擇是關乎風電場安全運行的重要問題，因此必須根據(jù)風電場日常運行特征和中性點接地方式的優(yōu)缺點，謹慎且科學的選擇中性點接地方式。

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