风电场主变压器35kV侧中性点接地方式分析

[摘要]近几年随着风力发电厂投入运行时间的增长，有些现场问题逐步显露出来，其中中性点接地方式的选择对电网的安全运行、经济性有很大影响。该文对风电场35kV侧中性点接地方式的选择及出现事故的原因进行了相关比较和分析，可为今后风电场的设计提供部分参考和借荐。

【关键词】中性点接地方式；消弧线圈；中性点电阻柜

1、概述

三相交流电力系统中中性点与大地之间的电气连接方式，称为电网中性点接地方式。中性点接地方式对电网的安全可靠性、经济性有很大影响；同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。一般来说，电网中性点接地方式也就是变电站中变压器的各级电压中性点接地方式。

以电缆为主的配电网，当发生单相接地故障时，其接地残流较大，运行于过补偿的条件也经常不能满足。我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式（在实际运行中，为降低单相接地电流，可使部分变压器采用不接地方式），包括中性点直接接地和中性点经低阻接地。这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘水平降低，从而大幅降低造价。

6～35kV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。包括中性点不接地、高阻接地、经消弧线圈接地方式等。在小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行。这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。

2、典型实例中性点接地方式分析

本文以扎鲁特某风电场（以下简称扎鲁特风电场）为例，分析35kV侧中性点接地方式。

根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规程中3.1.2条规定：金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统当单相接地故障电容电流超过10A又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。本期风场建设容量49.5MW，35kV侧单相接地电容电流约为24A，且风电场35kV集电线路采用架空线为主电缆为辅的混合输电方案，因此本工程35kV侧中性点采用经消弧线圈接地方式。当35kV侧中性点通过消弧线圈接地，线路发生单相接地故障时，不会瞬时跳闸，一般允许2h持续运行，以便寻找和处理事故。

但考虑到架空线路故障率较低，单相接地故障多发生在电缆处。同时目前风电场运行人员技术力量薄弱，在发生单相接地故障时，对故障点的位置无法快速确定，故障不容易在短时间内及时有效的排除，从而使故障点扩大化，影响电网安全运行，且近几年来同类事故屡屡发生。鉴于以上原因，新建风电场35kV侧中性点见意采用低电阻接地，对已建的采用经消弧线圈接地的风电场进行改造，以减少人为干预，提高自动化水平，从而大大减少了对电网安全运行的影响。故扎鲁特风电场35kV侧中性点最终确定采用经低电阻接地方式。

3、运行过程中发生的问题及分析

经了解，本风电场投入运行后，发生两次中性点电阻柜烧毁现象。经技术人员到现场进行情况了解后，分析事故原因可能为：中性点电阻柜阻值选取过大，电阻电流选取值小，灵敏度不够，导致发生单相接地故障时，零序保护未动作，从而未切除故障点，导致电阻柜烧毁。

下面对中性点电阻柜阻值的选取进行如下分析：

低阻接地系统能够在电网发生单相接地故障时瞬时跳闸，快速切除故障。电阻接地的电阻柜按避免发生间隙性弧光接地过电压为选择条件，由于电阻电流通常在10-100A的范围内，可不必校验单相接地故障时的电位的升高和保护灵敏度。通常电阻器的阻性电流取（1-1.5）I （I：电网电容电流的总和，按最大运行方式和最终发展规模计算）。

本工程35kV为单母线分段接线，35kV母线联络断路器当且仅当相邻的两台变压器中的一台主变压器退出运行且风电场风机非全满发的时候闭合，单相接地电容电流值为此极端情况下的电容电流值。在本工程设计时，经计算#1主变压器35kV侧单相接地电容电流24A，#2风电场尚未建设，#2主变压器35kV侧单相接地电容电流未知。根据规划情况，#2风电场至升压站之间的距离与#1风电场至升压站之间的距离基本相同。因此，#2主变压器35kV侧单相接地电容电流参考#1主变压器35kV侧单相接地电容电流而进行估算，按28A考虑。本工程电阻器的阻性电流选取为（24A+28A）×1.2=62.5A，电阻值为339Ω。此电阻电流值满足在极端运行情况下发生单相接地故障时保护的可靠动作。然而风电场在正常运行时35kV联络断路器为打开状态，此时发生单相接地故障时的电容电流值为一台主变压器侧单相接地电容电流值，#1主变压器35kV侧单相接地电容电流24A，此时电阻电流62.5A已为电容电流24A的2.6倍，如发生单相接地短路时且零序保护投入的情况下，灵敏度非常高，更能使保护可靠动作，从而切除故障线路，故中性点电阻柜在此情况下不可能烧毁，从而排除了电阻柜阻值选取过大这项原因。

排除这项原因后，经过详细检查故障录波器的记录数据，发现当发生单相接地故障时，中性点电阻柜有62.3A的电流通过，保护却一直未动作。经与相关部门及风电场运行人员核实，发现风电场运行过程中零序保护并未投入使用，导致电阻柜两次烧毁。

4、结论

配电网中性点接地方式的选择是电力系统的一项重要技术决策，其中配电网中性点接地方式的选择既涉及到技术选择问题也涉及到经济问题，选择适当的中性点接地方式是最重要和最灵活的提高配电网可靠性和经济性的方法之一，因此研究中性点接地方式对于提高配电系统运行水平具有重要意义。本文通过对典型实例的中性点接地方式比较与分析，见意新建风电场35kV侧中性点采用低电阻接地方式，以减少人为干预，提高自动化水平，从而大大减少对电网安全运行的影响。

参考文献

[1]DL/T 5222 ，《导体和电器选择设计技术规定》

[2]DL/T 620-1997，《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》