风电场汇集线系统中性点接地方式的选择剖析

胡焕勋

摘要：伴随我国风电行业的深入发展，风电设备的规模也在不断扩大，与此同时风机脱网事故开始大面积出现。我国在2011年共计发生4起规模较大的风电机组脱网事故，而导致该类事故发生的原因都是汇集线路出现短路故障且故障后没有及时切除故障，最终引起数百大型风机发生脱网事故，这些事故造成的直接电能损失达到100万kW。本文主要探析风电场汇集线系统中性点接地方式的选择，以为相关工作人员和研究人员的工作和研究提供有用的参考。

关键词：风电场；汇集线系统；接地方式；选择

风电场的配电网采用中性点接地方式，该接地方式包括经小电阻接地、经消弧线圈接地和不接地三种。选择合理的风电场中性接地方式是关乎其安全运行的重要问题，能够有效避免大面积停机故障的发生，有效增强风电场日常运行的可靠性与安全性。

1 中性点接地方式运行特点

1.1 经小电阻接地方式

该接地方式工作原理为：对系统发生故障位置输入阻性电流，确保接地故障电流性质变为阻容性。

其主要优点有：将电容电压与电流间相位差角缩小，防止故障电流熄弧后发生重燃现象。确保阻性电流具有较大值，避免重燃现象发生。控制系统电压在相电压2.5倍内，并进一步优化继电保护的灵敏性。电缆线路系统内，和线路零序保护相配合，能够有效判定故障线路并及时切除故障区域供电。

其主要缺点有：短路故障发生后，保护设备将做即时切除故障动作，从而导致断电次数增加，导致供电具备可靠性降低；接地电流较大，导致故障点接地网地电位过高，对人身和设备安全造成危害。

1.2 经消弧线圈接地方式

该接地方式又称之为谐振接地方式。

其主要优点有：确保供电具有持续性与可靠性；单相接地故障发生后，该系统能够继续运转2小时；消弧线圈补偿之后，接地电流在接地点只存在较小残余电流，通过消弱故障区域相电压复原速率来熄灭接地电弧，该方式熄灭接地电弧有利于保护系统运行的稳定性；减小电网中绝缘闪络接地故障中产生电流建弧率，进而减小线路发生跳闸的几率；减小接地的工频电流同时控制地电位进一步提升，缩小接地与跨步两类电位差，尽可能消减低电压设备发生反击率。

其主要缺点有：故障中健全相电压可达到3.2被电压，并对设备要求很高绝缘水平；系统出现单相接地故障，系统进行消弧线圈补偿，则导致故障中电流值偏小且电弧不稳定性提高，导致接地故障发生后出现选线困难；消弧线圈在工频下进行自动跟踪补偿，用电感电流和电容电流做抵消，其弧光接地产生的高频分量则不能有效消除，因此该接地方式对弧光接地产生的过电压无效；电缆线路出现故障大部分是永久性故障，而谐振接地且不跳闸时，电网在接地故障下继续运行将发生接地短路故障，且故障极易成为永久性相间短路故障；过补偿状态可运行，欠补偿状态无法运行；欠补偿状态中，线路故障做切除处理容易导致较大谐振过电压，容易对设备安全造成威胁；特殊情况中，线路将会发生较为严重的不对称，这种情况在线路出现两相或单相断线问题时最为严重，容易导致串联谐振，进而对设备安全造成危害；风电场规模和电缆长度的不断提升，接地电容电流也随之提升，容易造成风电场电容电流超标，进而造成选择消弧线圈容量困境。

1.3 不接地方式

其优点为：该接地方式下单相接地事故发生时，系统的对地电容中电流相对较小，其产生接地电弧通常可以自行熄灭，该供电方式具有较高的可靠性。该接地方式通过减小接地电流，对接触和跨步电压进行合理消减。

其缺点为：间歇性弧光接地发生时，瞬间形成的过电压最高可为相电压的3.5倍，故必须要求电网具有很高的绝缘水平，而该类故障问题发生后定位较为困难，无法准确快捷的切断接地故障发生区域的线路。

2 风电场汇集线系统中性点接地方式的选择

2.1 系统接地方式

风电场汇集线路中电压等级通常是35kV，而35kv系统中单相接地故障电容电流低于10A，则做不接地处理；大于10 A且带接地故障运行时，则选择经消弧线圈接地方式；6-35 kV则是用电缆线路构建的送、配电系统，单相接地故障的电容电流值很大的选择低电阻接地方式，通常该接地方式的接地故障电流是100-1000A。

2.2 汇集线系统中性点接地方式的选择

风电场升压站中性点接地方式的选择要根据风电场自身特征，其主要考虑因素包括：供电可靠性、继电保护选择性与灵敏性、电气设备绝缘性能、汇集线路型式与故障特征。

风电场是不同于常规配电系统的发电系统，一旦发生长时间持续性故障，会造成风机大量脱网的重大事故，因此中性点经消弧线圈接地或不接地系统无法带故障长期运行，必须对故障区域电网做即时切除处理。

风电场选址通常超过海拔2500m，部分风电场海拔甚至超过海拔3500m，其自然气候条件较为恶劣。电力电缆集电线路可在恶劣气候环境中确保送电安全性，已在高海拔风电场中广泛应用。电缆线路电容电流很大，一旦出现故障往往成为永久性故障。

高海拔區域电气设备外绝缘性能会因环境因素影响而下降，当电气设备外绝缘强化措施不满足需求时，则可采用电网中性点接地方式解决该问题，而中性点经小电阻接地能够有效应对高海拔电气设备绝缘性能降低问题。

汇集线路类型大致可分为：架空混合线路、全电缆线路和全架空线路。

风电场采用无电缆头全架空汇集线路，其90%故障为瞬时性故障，电容电流在10A内，则选择不接地方式；箱变与汇集线路采用全架空线路，电容电流虽然低于10 A，但为了避免电缆头出现永久接地故障与保证故障及时切除，实践中通常选择“消弧线圈+接地选线装置”接地方式；全架空汇集线路电容电流超过10A，选择消弧线圈接地方式，但实践中为确保故障切除及时，通常选择“消弧线圈+接地选线装置”接地方式；全电缆线路与架空混合线路中电缆线路故障多发生在电缆中间接头与终端头位置，一旦发生故障则接地电弧则具有封闭性，该类电弧通常不会自行熄灭，若跳闸处理不及时，则会导致相间短路故障。电缆绝缘性相对较差。消弧线圈接地系统中，故障点判断时间长，则电缆承受暂态或工频过电压的时间较长，容易导致相间故障，进而造成线路跳闸。该情况则选择中性点经小电阻接地对接地故障做及时切除。

3 结束语

风电场汇集线系统中性点接地方式的选择是关乎风电场安全运行的重要问题，因此必须根据风电场日常运行特征和中性点接地方式的优缺点，谨慎且科学的选择中性点接地方式。

参考文献：

[1]林峰，张兰英，吕庭钦，等.风电场接地变及其中性点接地电阻的改进方案分析[J].电网与清洁能源，2015，31（02）：126-130.

[2]郭昆，董益华.风电场中性点非直接接地系统的接地故障分析[J].内蒙古石油化工，2013（24）：36-37.

[3]刘渝根，彭国荣，马晋佩，等.风电场35kV电缆网中性点接地方式特性分析[J].电网与清洁能源，2015，31（02）：15-20.