摘要：探討在2011年上半年多個(gè)地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)大面積脫網(wǎng)的情況下，國(guó)家電網(wǎng)公司頒布國(guó)家電網(wǎng)(2011)974號(hào)文(關(guān)于印發(fā)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)的通知)后，風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)接地方式的建議。
　　關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)，接地方式
　　Abstract: discusses in the first half of 2011 multiple areas of large area to take off the nets of wind farms, issued by state grid corporation of state grid (2011) no. 974 wen (about print and distribute wind parallel operation anti-accident measures points notice), wind farms collection line system grounding method of Suggestions.
　　Keywords: wind farms, grounding method
　　中圖分類號(hào)： U264.7+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
　　近年來(lái)全球風(fēng)能市場(chǎng)經(jīng)歷快速增長(zhǎng)，而中國(guó)的風(fēng)能發(fā)展也發(fā)展強(qiáng)勁，專家預(yù)計(jì)，中國(guó)未來(lái)每年將增加200億瓦的發(fā)電功率這相當(dāng)于20個(gè)核電站的產(chǎn)能。隨著中國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，裝機(jī)規(guī)模為200MW的風(fēng)電場(chǎng)已經(jīng)很普遍。
　　但由于在2011年年初連續(xù)出現(xiàn)的幾起風(fēng)電場(chǎng)大面積脫網(wǎng)現(xiàn)象，風(fēng)電場(chǎng)在接入系統(tǒng)方面受到了一定制約，其中在國(guó)家電網(wǎng)(2011)974號(hào)文(關(guān)于印發(fā)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)的通知)中對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的中性點(diǎn)接地問(wèn)題做了明確的規(guī)定：“風(fēng)電場(chǎng)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(shí)，應(yīng)能通過(guò)相應(yīng)保護(hù)快速切除，同時(shí)應(yīng)兼顧機(jī)組運(yùn)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(shí)，應(yīng)能可靠選線， 快速切除。”
　　一、當(dāng)匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生單相接地電容電流，單相接地電容電流的數(shù)值對(duì)接地系統(tǒng)中接地設(shè)備的選擇起著決定性的作用。單相接地電容電流的計(jì)算一共分兩種情況：
　　1.匯集線采用電纜方式的單相接地電容電流的計(jì)算方法有以下兩種：
　　(1)根據(jù)單相對(duì)地電容，計(jì)算電容電流
　　Ic=√3×Ue×ω×C×10-3
　　式中: Ue━電網(wǎng)線電壓(kV)
　　C ━單相對(duì)地電容(F)
　　一般電纜單位電容為200-400 μF/km左右
　　(2) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，估算電容電流
　　Ic=0.1×Ue ×L
　　式中: Ue━電網(wǎng)線電壓(kV)
　　L ━電纜長(zhǎng)度(km)
　　2. 匯集線采用架空線路方式電容電流的計(jì)算有以下兩種：
　　(1) 根據(jù)單相對(duì)地電容,計(jì)算電容電流(電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè))。
　　Ic=√3×Ue×ω×C×10-3 (公式1-3)
　　式中: UP━電網(wǎng)線電壓(kV)
　　C ━單相對(duì)地電容(F)
　　一般架空線單位電容為5-6 pF/m。
　　(2) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算電容電流(電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè))。
　　Ic= (2.7~3.3)×Ue×L×10-3 (公式1-4)
　　式中: Ue━電網(wǎng)線電壓(kV)
　　L ━架空線長(zhǎng)度(km)
　　2.7━系數(shù)，適用于無(wú)架空地線的線路
　　3.3━系數(shù)，適用于有架空地線的線路
　　同桿雙回架空線電容電流(見(jiàn)參考文獻(xiàn)3) ：Ic2=(1.3~1.6)Ic (1.3-對(duì)應(yīng)10KV線路,1.6-對(duì)應(yīng)35KV線路, Ic-單回線路電容電流)
　　根據(jù)上式計(jì)算出得單相接地電容電流值來(lái)計(jì)算中性點(diǎn)接地設(shè)備的參數(shù)。
　　二、風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，與電壓等級(jí)、單相接地電容電流、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性都有著很大的關(guān)系。下面結(jié)合單相接地電容電流的計(jì)算值簡(jiǎn)單談一下國(guó)家電網(wǎng)(2011)974號(hào)文中允許的幾種中性點(diǎn)接地方式。
　　1.接地變壓器帶消弧線圈方式
　　采用接地變壓器帶消弧線圈方式來(lái)解決匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的問(wèn)題主要是利用消弧線圈補(bǔ)償電容電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過(guò)電壓。主要接線形式如下：
　　消弧線圈的補(bǔ)償容量利用以下公式計(jì)算，
　　Q=K×IC×Ue/√3
　　式中：
　　Q——補(bǔ)償容量，kVA
　　K——系數(shù)，過(guò)補(bǔ)償取1.35，欠補(bǔ)償按脫諧度確定
　　IC——集電線路電網(wǎng)的電容電流，A
　　Ue——集電線路的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kA
　　2. 經(jīng)電阻接地方式
　　采用經(jīng)電阻接地方式來(lái)解決匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的問(wèn)題與采用消弧線圈方式相比，改變了接地電流的相位，加速泄放回路中的殘余電荷，促使接地電弧自熄，從而降低弧光間隙接地過(guò)電壓，同時(shí)可提供足夠的電流和零序電壓，使接地保護(hù)可靠動(dòng)作。匯集線系統(tǒng)經(jīng)電阻接地的方式有兩種方式，一種是設(shè)置接地變壓器，接地變壓器為Zn接線方式;還有一種是選用主變壓器帶平衡繞組，主變壓器接線為Yy0接線方式。
　　2.1接地變壓器帶接地電阻，主要接線方式如下：
　　電阻的額定電壓：Um≥1.05×Ue/√3
　　電阻值：RN=U7/IR
　　接地電阻的功率：PR=IR×Um
　　式中：
　　RN——中性點(diǎn)接地電阻值
　　Ue——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓
　　IR——選定的單相接地電流
　　IR>KIC
　　式中：
　　K——系數(shù)，取1-2
　　IC——集電線路電網(wǎng)的電容電流，A
　　接地變壓器容量的選擇可以根據(jù)計(jì)算容量充分考慮到電阻接地時(shí)接地變壓器工作時(shí)間很短，可充分考慮利用變壓器的過(guò)負(fù)荷能力。
　　2.2帶平衡線圈方式
　　電阻值的選擇與接地變壓器的接地電阻選擇方式相同，接地電阻接在主變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)上。主要接線方式如下：
　　三、現(xiàn)在以一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為例，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模為200MW，主變壓器配置方式為2×100MVA，集電線路電壓等級(jí)為35kV。風(fēng)電場(chǎng)主接線單線圖如下。
　　(1)每段35kV母線上接的集電線路回路數(shù)為6回，采用電纜作為集電線路方式，總長(zhǎng)度約為80公里。根據(jù)公式單相接地電容電流的計(jì)算公式，本風(fēng)電場(chǎng)單相接地故障電容電流為280A。

補(bǔ)償方式	補(bǔ)償設(shè)備參數(shù)
消弧線圈	補(bǔ)償容量≥7638kVA;
接地變壓器帶接地電阻	接地電阻值為56Ω 接地變壓器容量為≥802kVA （其中，K取1.35，過(guò)負(fù)荷系數(shù)取10倍）
帶平衡線圈方式	接地電阻值為56Ω

　　從上表可以看出，采用消弧線圈補(bǔ)償方式對(duì)于單相接地故障電容電流較大的系統(tǒng)會(huì)發(fā)生補(bǔ)償容量過(guò)大，設(shè)備制造費(fèi)用高，按照傳統(tǒng)的消弧線圈的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)容易發(fā)生級(jí)數(shù)少、自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍大、極差電流大、補(bǔ)償精度低，達(dá)不到消弧目的;采用經(jīng)電阻接地的方式，設(shè)備制造費(fèi)用不高，能夠在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)相應(yīng)保護(hù)快速切除。
　　(2)每段35kV母線上接的集電線路回路數(shù)為6回，采用架空線路作為集電線路方式，總長(zhǎng)度約為80公里。根據(jù)公式單相接地電容電流的計(jì)算公式，本風(fēng)電場(chǎng)架空線路單相接地故障電容電流為9.24A，考慮到風(fēng)機(jī)連接架空線路電纜及集電線路進(jìn)站電纜，本風(fēng)電場(chǎng)單相接地故障電容電流為38.22 A。

補(bǔ)償方式	補(bǔ)償設(shè)備參數(shù)
消弧線圈	補(bǔ)償容量≥1042.6kVA;
接地變壓器帶接地電阻	接地電阻值為411Ω 接地變壓器容量為≥109.47kVA （其中，K取1.35，過(guò)負(fù)荷系數(shù)取10倍）
帶平衡線圈方式	接地電阻值為411Ω

　　從上表可以看出，采用消弧線圈補(bǔ)償方式對(duì)于單相接地故障電容電流較小的系統(tǒng)補(bǔ)償容量比較合適，而且傳統(tǒng)消弧線圈按地電容電流大小的不同，采用的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)也不同，一般分五級(jí)或九級(jí)，級(jí)數(shù)少、級(jí)差電流大，補(bǔ)償精度很低。單相接地時(shí)，由于補(bǔ)償方式、殘流大小不明確，用于選擇接地回路的微機(jī)選線裝置更加難以工作。此時(shí)不能根據(jù)殘流大小和方向或采用及時(shí)改變補(bǔ)償方式或調(diào)檔變更殘流的方法來(lái)準(zhǔn)確選線。該裝置只能依靠含量極低的高次諧波(小于5%)的大小和方向來(lái)判別，準(zhǔn)確率很低，這也是過(guò)去小電流選線裝置存在的問(wèn)題之一。
　　架空線路瞬間故障多，單相接地電容電流小，如果采用消弧線圈，消弧線圈容量比較小，可防止瞬間故障跳閘，避免了緊急停機(jī)給風(fēng)機(jī)帶來(lái)的損害。而電纜線路多數(shù)為永久故障，采用小電流接地迅速跳閘，短時(shí)故障少，風(fēng)機(jī)切除停電不可避免。為了達(dá)到在風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)中準(zhǔn)確選線，快速切除單相接地故障，同時(shí)又兼顧機(jī)組運(yùn)行電壓適應(yīng)性要求，避免緊急停機(jī)給風(fēng)機(jī)帶來(lái)的損害，應(yīng)該增加消弧線圈的選線精度，同時(shí)加強(qiáng)更電機(jī)組的高電壓穿越能力。這樣才能保證風(fēng)電場(chǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又可以滿足滿足系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行要求。
　　參考文獻(xiàn)：
　　1. 電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)
　　2. 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)電氣設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》