風(fēng)光互補項目中性點接地方式的探討

【摘要】隨著風(fēng)光互補項目的建設(shè)，風(fēng)電場及光伏區(qū)35kV集電線路電纜量增多，導(dǎo)致35kV單相電容電流急劇增加，電弧不能自熄，容易引起危害，本文結(jié)合特變達(dá)坂城風(fēng)光互補項目中性點接地方式的選擇，提出一些個人觀點。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)光互補；電容電流；接地變

1、概述

特變電工烏魯木齊達(dá)坂城風(fēng)光互補項目（以下簡稱該項目）終期50臺風(fēng)力發(fā)電機組與風(fēng)機箱變0.69/35kV側(cè)均采用電纜饋出，箱變高壓側(cè)至35kV集電線路電纜長度1.5km，單相接地電容電流約5.25A；架空線路長度22km，單相接地電容電流約2.86A；每回35kV集電線路引入升壓站電纜按0.1km計，合計電纜線路長度0.4km，單相接地電容電流約1.4A；光伏區(qū)35kV電纜匯集線路長度6.8km，單相接地電容電流約23.8A；進(jìn)一步考慮升壓站附加電容電流約為13%（參見《電力工程設(shè)計手冊》），合計計算單相接地電容電流按約37.64A考慮。

2、系統(tǒng)對地電容電流過大的危害

經(jīng)研究分析，35kV單相接地電容電流的急劇增加，當(dāng)系統(tǒng)電容電流大于10A后，將帶來一系列危害，具體表現(xiàn)如下：

1）當(dāng)發(fā)生間歇弧光接地時，可能引起弧光過電壓，引起電纜頭等絕緣薄弱的地方放電擊穿和設(shè)備瞬間損壞，使系統(tǒng)的供電可靠性大受影響。

2）鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象比較普遍，容易發(fā)生電壓互感器燒毀和熔斷器的頻繁熔斷事故，威脅電網(wǎng)安全可靠運行。

3）運維人員發(fā)生誤操作，碰觸到帶電部位，受大電流的灼傷，會加重運維人員的傷亡。

4）電弧不能自熄，會破壞周圍設(shè)備的絕緣，造成事故的擴大化。

3、解決方案的探討

本項目計算單相接地電容電流按約37.64A，根據(jù)DL/T5383-2007《風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)范》6.5.1條規(guī)定：35KV集電線路或電纜單相接地電容電流大于10A，均應(yīng)在變電所裝設(shè)消弧線圈。

按照國家電網(wǎng)【2011】974號文件第9條和新疆電力公司電調(diào)【2011】94號文件反措要求，風(fēng)電場匯集線系統(tǒng)單相故障應(yīng)快速切除。匯集線系統(tǒng)應(yīng)采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地方式，不應(yīng)采用不接地或經(jīng)消弧柜接地方式。經(jīng)電阻接地的匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，應(yīng)能通過相應(yīng)保護快速切除，同時應(yīng)兼顧機組運行電壓適應(yīng)性要求。經(jīng)消弧線圈接地的匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，應(yīng)能可靠選線，快速切除。根據(jù)規(guī)范及國網(wǎng)公司要求，本項目35kV中性點接地方式有采用消弧線圈接地和采用小電阻接地兩種方式：

3.1經(jīng)消弧線圈接地

采用經(jīng)消弧線圈接地時，當(dāng)電容電流發(fā)生變化，消弧線圈接入容量方便調(diào)整，降低單相接地發(fā)生時故障點殘留，使電弧容易熄滅，避免長時間燃弧而發(fā)生相間短路。但由于消弧線圈的補償作用，故障電流值較小及電弧不穩(wěn)定等因素，小電流選線裝置靈敏度低，無法選線，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場在發(fā)生單相電纜終端故障的情況下，小電流接地選線裝置和消弧消諧裝置未能正確動作（有的風(fēng)電場在消弧消諧裝置退出運行的情況下，風(fēng)電場仍繼續(xù)運行），使系統(tǒng)較長時間帶單相接地故障運行，引起絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，進(jìn)而迅速發(fā)展為相間短路（從故障波形分析單相接地發(fā)展為相間故障的時間一般為4.9s～11s），有的導(dǎo)致電纜終端、過電壓保護裝置發(fā)生爆炸或損壞。

3.2經(jīng)小電阻接地

（1）采用經(jīng)小電阻接地方式時，小電阻接地改變接地電流相位，使回路中殘余電荷加速泄放，促使接地電弧自熄并降低弧光間歇過電壓。

（2）系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，零序電流變化明顯，中性點經(jīng)小電阻接地與線路零序保護配合，能夠準(zhǔn)確、快速的切除故障，減小對系統(tǒng)的影響。

（3）阻尼作用顯著，從而消除各種原因引起的系統(tǒng)諧振過電壓。

（4）對于電纜線路，大多數(shù)故障為永久性故障，直接切除故障，可大大降低操作過電壓。

3.3綜上所述，對兩種35kV接地方式的對比，采用中性點經(jīng)小電阻接地的方式，能更好的滿足電網(wǎng)要求，快速切除故障，避免事故的擴大化。因此，本項目35kV側(cè)采用接地變+小電阻接地方式。

4、設(shè)備選擇

4.1接地電阻計算

為使35kV匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時能快速切除，電阻值的選擇應(yīng)保證金屬性單相接地短路電流為200A以上，為了保證發(fā)生單相接地故障時，零序保護能可靠動作，本工程流經(jīng)接地電阻最小接地電流統(tǒng)一取為Id=300A。電阻值得選擇為：

式中Id為單相接地短路電流（Id=In相電壓流過接地電阻電流+IC電容電流）

考慮容量，本項目接地電阻值選擇為70Ω。

4.2接地變的選擇

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，電阻器短時內(nèi)承受的功率為

如果故障能夠快速切除，在選擇接地變?nèi)萘繒r就要考慮其過載能力，本項目按發(fā)生單相接地故障持續(xù)10s考慮，根據(jù)IEEE Std C62.92.3，對于接地電阻配套的接地變壓器，其容量按接地故障時流過接地變壓器電流對應(yīng)容量的1/10.5選取。故本項目接地變?nèi)萘繛椋?/p>

按10秒流過接地電阻電流為300A，小電阻按70Ω選擇，接地變?nèi)萘繎?yīng)選擇577kVA；按照35kV接地變設(shè)計序列，最終確定35kV接地變?nèi)萘繛?30kVA。

5、結(jié)論

風(fēng)光互補項目35kV集電線路在發(fā)生接地故障時，完全有條件停電檢查，排除故障后，再向電力系統(tǒng)送電。該系統(tǒng)電容電流如果大于規(guī)定值，應(yīng)滿足快速切除故障線路，防止事故的擴大，優(yōu)先選擇經(jīng)小電阻接地的接地方式。

作者簡介

周春生，男，漢，工程師，本科，研究方向：風(fēng)電、光伏設(shè)計與研究.