接地變中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用

陳小劍

（福建省福能新能源有限責(zé)任公司，福建 莆田 351148）

1 風(fēng)電場(chǎng)接地變繞組一般采用Z型的接線方式，提高了變壓器的可用容量

接地變多采用Z型接線的變壓器，結(jié)構(gòu)分布與普通三相芯式電力變壓器基本相同，只是每相鐵芯外連接上、下匝數(shù)相等的兩段繞組，連接方式以曲折狀為主，即在連接時(shí)以兩個(gè)磁柱為基點(diǎn)，將每相線圈分別繞于磁柱。該連接方式可使零序磁通相互抵消，使Z型接地變壓器的實(shí)用性更強(qiáng)，且其Z型接地變壓器的零序阻抗小于10 Ω。依據(jù)該連接優(yōu)勢(shì)，它的空載損耗也更低，遠(yuǎn)猶豫普通變壓器，且容量利用率超過(guò)90%。Z型接線的變壓器還可裝有低壓繞組，接成星形中性點(diǎn)接地（yn）等方式，兼做廠用電變壓器使用。從整體應(yīng)用優(yōu)勢(shì)看，Z型接線可以成為接地變壓器的首選方式。

Z型接線的繞組變壓器如圖1所示。

圖1 Z型接線的繞組變壓器

2 接地變中性點(diǎn)接地電阻的選擇

在風(fēng)電場(chǎng)6～35 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，中性點(diǎn)往往存在消弧線圈接地、經(jīng)高電阻接地和經(jīng)低電阻接地3種接地方式。國(guó)家電網(wǎng)調(diào)[2011]974號(hào)文件《關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行事故反措要點(diǎn)的通知》要求，對(duì)于“風(fēng)電場(chǎng)集電線系統(tǒng)單相故障應(yīng)快速切除，不應(yīng)采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式”“經(jīng)電阻接地的集電線路系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障應(yīng)通過(guò)相應(yīng)保護(hù)快速切除”。

2.1 接地變經(jīng)消弧線圈接地方式

（1）集電電線線路在對(duì)地電容電流的補(bǔ)償機(jī)制中，應(yīng)當(dāng)以消弧線圈的感性電流為主。若脫諧度小，容易造成諧振過(guò)電壓；脫諧度大，則可能引起間歇性弧光接地過(guò)電壓。

（2）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)出線變頻器是一個(gè)諧波源，消弧線圈不能補(bǔ)償諧波，仍可能發(fā)生弧光接地過(guò)電壓。

（3）受風(fēng)況影響，系統(tǒng)電容電流變化的頻率增加，在系統(tǒng)運(yùn)行方式和電壓發(fā)生變化時(shí)，采取消弧線圈跟蹤補(bǔ)償?shù)姆绞綄⒏永щy。

電纜線路的系統(tǒng)在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的電容電流較大，一旦電流突破閾值，可能產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓，給系統(tǒng)的設(shè)置造成較大危害。同時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的作用有限，僅能夠在一定概率上降低弧光接地過(guò)電壓，而非能夠完全消除，更無(wú)法降低弧光接地過(guò)電壓的幅值。在產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓時(shí)，它的倍數(shù)一般較高。當(dāng)經(jīng)過(guò)電纜線路或者緊湊型配電裝置時(shí)，極易突破其所能承受的極限，進(jìn)而擊穿絕緣層而導(dǎo)致短路，從而損壞相關(guān)的配電裝置。因此，經(jīng)消弧線圈接地的適用范圍應(yīng)當(dāng)以單相接地、瞬時(shí)性單相接地的架空線路電網(wǎng)為主，不適合于電纜線路。

2.2 接地變經(jīng)高電阻接地方式

《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》（GB/T50064—2014）第3.1.5條提到，在涉及到6 kV和10 kV配電系統(tǒng)時(shí)，為提升安全應(yīng)用水平，當(dāng)單相接地故障電容電流較小時(shí)，為避免電力設(shè)備受到損害以及避免諧振、電弧接地過(guò)電壓等問(wèn)題，應(yīng)選取中性點(diǎn)高電阻接地模式，且故障電流不應(yīng)大于10 A。因此，根據(jù)中性點(diǎn)接地電阻的特點(diǎn)，它的電阻值設(shè)備范圍較廣，一般從數(shù)百到數(shù)千歐姆不等。在實(shí)際應(yīng)用中可以適用于大部分情況，并對(duì)間歇性弧光接地過(guò)電壓有良好的抑制作用，較為適用于6 kV和10 kV配電系統(tǒng)。

2.3 接地變經(jīng)低電阻接地方式

在電力行業(yè)規(guī)程中已經(jīng)納入中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，充分說(shuō)明該接地方式的優(yōu)越性。《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》（GB/T50064—2014）標(biāo)準(zhǔn)第3.1.4條[1]對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式進(jìn)行了明確，即包括送配電系統(tǒng)、電廠用電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)集電線路等6～35 kV電纜線路中可采取中性點(diǎn)低電阻接地方式。例如，單相接地發(fā)生故障后，通過(guò)中性點(diǎn)電阻的電流在10～100 A時(shí)為小電阻接地方式。這種方式主要適用于以不易產(chǎn)生瞬時(shí)單相接地故障、電纜線路及35 kV及以下不接地系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)。

因此，采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式相當(dāng)于給接地故障點(diǎn)注入阻性電流，使接地故障電流呈阻容性質(zhì)，減小故障相的電流與電壓的相位差，從而降低故障點(diǎn)電流過(guò)零點(diǎn)熄滅后的重燃率，使故障時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓小于相電壓的2.6倍，提高繼電保護(hù)靈敏度，降低設(shè)備絕緣要求，觸發(fā)保護(hù)作用于跳閘，有效保護(hù)母線連接的電力設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)10 kV或35 kV集電線系統(tǒng)均采用接地變經(jīng)接地電阻方式運(yùn)行。

3 風(fēng)電場(chǎng)接地變保護(hù)的配置

風(fēng)電場(chǎng)集電線由幾臺(tái)風(fēng)電機(jī)組通過(guò)電纜線路聯(lián)接，以分組的形式接于變電站主變低壓側(cè)6～35 kV母線上。當(dāng)母線或集電線路發(fā)生接地故障時(shí)，電纜線路將產(chǎn)生很大的電容電流，在絕緣薄弱處易造成擊穿形成對(duì)地短路，危及設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，風(fēng)電場(chǎng)采用電阻接地方式，在發(fā)生接地故障時(shí)可以準(zhǔn)確迅速判斷故障線路，并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行切除，大幅度縮短設(shè)備耐受過(guò)電壓的時(shí)間。需要說(shuō)明的是，接地變保護(hù)設(shè)置由接地變本體的相間短路保護(hù)和集電線路聯(lián)接的母線接地保護(hù)組成。

3.1 接地變本體設(shè)置保護(hù)

3.1.1 電流速斷保護(hù)

對(duì)于容量較小的接地變壓器，在它的電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)作為接地變本體及繞組引出線上相間短路保護(hù)；當(dāng)接地變壓器本體發(fā)生故障、短路電流由母線流向故障點(diǎn)時(shí)，當(dāng)短路電流大于其動(dòng)作定值時(shí)，通過(guò)電流采樣和邏輯判斷保護(hù)出口，瞬時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)接地變本體開(kāi)關(guān)。

3.1.2 過(guò)電流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)具有一定的動(dòng)作時(shí)限，作為主保護(hù)（電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)。

3.2 接地變作為集電線母線接地保護(hù)設(shè)置

依據(jù)《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》（DL/T584-2007）規(guī)定[2]：低電阻接地系統(tǒng)必須只能一個(gè)中性點(diǎn)接地運(yùn)行；當(dāng)失去接地變壓器中性點(diǎn)電阻時(shí)，供電變壓器的同級(jí)開(kāi)關(guān)必須同時(shí)打開(kāi)；當(dāng)兩段母線共用一臺(tái)主變輸送有功功率時(shí)，只能一臺(tái)接地變運(yùn)行。

零序電流Ⅰ段保護(hù)（考慮特殊運(yùn)行方式）是集電線路聯(lián)接母線上發(fā)生接地故障的保護(hù)。當(dāng)母線上發(fā)生接地故障時(shí)，在接地變中性點(diǎn)的電流互感器上感應(yīng)到零序電流分量。當(dāng)零序電流分量達(dá)到保護(hù)的動(dòng)作定值時(shí)，通過(guò)電流采樣和邏輯判斷保護(hù)出口，延時(shí)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通保護(hù)出口回路，低壓零流以第Ⅰ時(shí)限跳開(kāi)母線母分開(kāi)關(guān)。當(dāng)母線母分開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，如故障仍存在（動(dòng)作電流沒(méi)有衰減，零序電流繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)仍在閉合位置），低壓零流Ⅱ時(shí)限的延時(shí)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通保護(hù)出口回路跳開(kāi)主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)及接地變本體開(kāi)關(guān)將故障點(diǎn)切除。

4 結(jié) 論

大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)6～35 kV集電線系統(tǒng)母線采用經(jīng)電阻接地方式運(yùn)行，但投運(yùn)以來(lái)由于保護(hù)定值不完善、廠家配備及保護(hù)不到位等原因，存在保護(hù)不正確動(dòng)作、接地變燒毀等事故，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，接地變?cè)诒Ｗo(hù)原則、保護(hù)匹配、設(shè)備容量以及接地電阻的選擇等方面，應(yīng)在實(shí)際運(yùn)行中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷改進(jìn)，同時(shí)加強(qiáng)接地變的外部監(jiān)測(cè)手段的介入，如提高接地電流自動(dòng)報(bào)警及溫度巡檢、故障錄波自動(dòng)化水平等手段的水平，保證設(shè)備在不完全接地保護(hù)未能啟動(dòng)情況下能及早發(fā)現(xiàn)隱患，從而第一時(shí)間消除隱患，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。