接地变中性点经电阻接地在风电场中的应用

陈小剑

（福建省福能新能源有限责任公司，福建 莆田 351148）

1 风电场接地变绕组一般采用Z型的接线方式，提高了变压器的可用容量

接地变多采用Z型接线的变压器，结构分布与普通三相芯式电力变压器基本相同，只是每相铁芯外连接上、下匝数相等的两段绕组，连接方式以曲折状为主，即在连接时以两个磁柱为基点，将每相线圈分别绕于磁柱。该连接方式可使零序磁通相互抵消，使Z型接地变压器的实用性更强，且其Z型接地变压器的零序阻抗小于10 Ω。依据该连接优势，它的空载损耗也更低，远犹豫普通变压器，且容量利用率超过90%。Z型接线的变压器还可装有低压绕组，接成星形中性点接地（yn）等方式，兼做厂用电变压器使用。从整体应用优势看，Z型接线可以成为接地变压器的首选方式。

Z型接线的绕组变压器如图1所示。

图1 Z型接线的绕组变压器

2 接地变中性点接地电阻的选择

在风电场6～35 kV中性点不接地系统中，中性点往往存在消弧线圈接地、经高电阻接地和经低电阻接地3种接地方式。国家电网调[2011]974号文件《关于印发风电场并网运行事故反措要点的通知》要求，对于“风电场集电线系统单相故障应快速切除，不应采用不接地或经消弧线圈接地方式”“经电阻接地的集电线路系统发生单相接地故障应通过相应保护快速切除”。

2.1 接地变经消弧线圈接地方式

（1）集电电线线路在对地电容电流的补偿机制中，应当以消弧线圈的感性电流为主。若脱谐度小，容易造成谐振过电压；脱谐度大，则可能引起间歇性弧光接地过电压。

（2）风电场风机出线变频器是一个谐波源，消弧线圈不能补偿谐波，仍可能发生弧光接地过电压。

（3）受风况影响，系统电容电流变化的频率增加，在系统运行方式和电压发生变化时，采取消弧线圈跟踪补偿的方式将更加困难。

电缆线路的系统在工作状态下产生的电容电流较大，一旦电流突破阈值，可能产生弧光接地过电压，给系统的设置造成较大危害。同时，中性点经消弧线圈接地的作用有限，仅能够在一定概率上降低弧光接地过电压，而非能够完全消除，更无法降低弧光接地过电压的幅值。在产生弧光接地过电压时，它的倍数一般较高。当经过电缆线路或者紧凑型配电装置时，极易突破其所能承受的极限，进而击穿绝缘层而导致短路，从而损坏相关的配电装置。因此，经消弧线圈接地的适用范围应当以单相接地、瞬时性单相接地的架空线路电网为主，不适合于电缆线路。

2.2 接地变经高电阻接地方式

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（GB/T50064—2014）第3.1.5条提到，在涉及到6 kV和10 kV配电系统时，为提升安全应用水平，当单相接地故障电容电流较小时，为避免电力设备受到损害以及避免谐振、电弧接地过电压等问题，应选取中性点高电阻接地模式，且故障电流不应大于10 A。因此，根据中性点接地电阻的特点，它的电阻值设备范围较广，一般从数百到数千欧姆不等。在实际应用中可以适用于大部分情况，并对间歇性弧光接地过电压有良好的抑制作用，较为适用于6 kV和10 kV配电系统。

2.3 接地变经低电阻接地方式

在电力行业规程中已经纳入中性点经电阻接地方式，充分说明该接地方式的优越性。《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（GB/T50064—2014）标准第3.1.4条[1]对中性点经电阻接地方式进行了明确，即包括送配电系统、电厂用电系统及风力发电场集电线路等6～35 kV电缆线路中可采取中性点低电阻接地方式。例如，单相接地发生故障后，通过中性点电阻的电流在10～100 A时为小电阻接地方式。这种方式主要适用于以不易产生瞬时单相接地故障、电缆线路及35 kV及以下不接地系统的风电场。

因此，采用中性点经电阻接地的方式相当于给接地故障点注入阻性电流，使接地故障电流呈阻容性质，减小故障相的电流与电压的相位差，从而降低故障点电流过零点熄灭后的重燃率，使故障时产生的过电压小于相电压的2.6倍，提高继电保护灵敏度，降低设备绝缘要求，触发保护作用于跳闸，有效保护母线连接的电力设备的安全运行。因此，大多数风电场10 kV或35 kV集电线系统均采用接地变经接地电阻方式运行。

3 风电场接地变保护的配置

风电场集电线由几台风电机组通过电缆线路联接，以分组的形式接于变电站主变低压侧6～35 kV母线上。当母线或集电线路发生接地故障时，电缆线路将产生很大的电容电流，在绝缘薄弱处易造成击穿形成对地短路，危及设备的安全运行。因此，风电场采用电阻接地方式，在发生接地故障时可以准确迅速判断故障线路，并在短时间内进行切除，大幅度缩短设备耐受过电压的时间。需要说明的是，接地变保护设置由接地变本体的相间短路保护和集电线路联接的母线接地保护组成。

3.1 接地变本体设置保护

3.1.1 电流速断保护

对于容量较小的接地变压器，在它的电源侧装设电流速断保护作为接地变本体及绕组引出线上相间短路保护；当接地变压器本体发生故障、短路电流由母线流向故障点时，当短路电流大于其动作定值时，通过电流采样和逻辑判断保护出口，瞬时动作跳开接地变本体开关。

3.1.2 过电流保护

过电流保护具有一定的动作时限，作为主保护（电流速断保护）的后备保护。

3.2 接地变作为集电线母线接地保护设置

依据《3～110 kV电网继电保护装置运行整定规程》（DL/T584-2007）规定[2]：低电阻接地系统必须只能一个中性点接地运行；当失去接地变压器中性点电阻时，供电变压器的同级开关必须同时打开；当两段母线共用一台主变输送有功功率时，只能一台接地变运行。

零序电流Ⅰ段保护（考虑特殊运行方式）是集电线路联接母线上发生接地故障的保护。当母线上发生接地故障时，在接地变中性点的电流互感器上感应到零序电流分量。当零序电流分量达到保护的动作定值时，通过电流采样和逻辑判断保护出口，延时继电器常开触点闭合，接通保护出口回路，低压零流以第Ⅰ时限跳开母线母分开关。当母线母分开关跳开后，如故障仍存在（动作电流没有衰减，零序电流继电器的常开触点仍在闭合位置），低压零流Ⅱ时限的延时继电器常开触点闭合，接通保护出口回路跳开主变低压侧开关及接地变本体开关将故障点切除。

4 结 论

大多数风电场6～35 kV集电线系统母线采用经电阻接地方式运行，但投运以来由于保护定值不完善、厂家配备及保护不到位等原因，存在保护不正确动作、接地变烧毁等事故，对风电场及电网系统安全运行存在严重的安全隐患。因此，接地变在保护原则、保护匹配、设备容量以及接地电阻的选择等方面，应在实际运行中不断总结经验教训，不断改进，同时加强接地变的外部监测手段的介入，如提高接地电流自动报警及温度巡检、故障录波自动化水平等手段的水平，保证设备在不完全接地保护未能启动情况下能及早发现隐患，从而第一时间消除隐患，保证设备安全稳定运行。