摘要：探討在2011年上半年多個地區風電場大面積脫網的情況下，國家電網公司頒布國家電網(2011)974號文(關于印發風電并網運行反事故措施要點的通知)后，風電場匯集線系統接地方式的建議。
　　關鍵詞：風電場，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： U264.7+4 文獻標識碼：A 文章編號：
　　近年來全球風能市場經歷快速增長，而中國的風能發展也發展強勁，專家預計，中國未來每年將增加200億瓦的發電功率這相當于20個核電站的產能。隨著中國風能產業的蓬勃發展，風電場的規模越來越大，裝機規模為200MW的風電場已經很普遍。
　　但由于在2011年年初連續出現的幾起風電場大面積脫網現象，風電場在接入系統方面受到了一定制約，其中在國家電網(2011)974號文(關于印發風電并網運行反事故措施要點的通知)中對風電場的中性點接地問題做了明確的規定：“風電場匯集線系統單相故障應快速切除。 匯集線系統應采用經電阻或消弧線圈接地方式， 不應采用不接地或經消弧柜接地方式。 經電阻接地的匯集線系統發生單相接地故障時，應能通過相應保護快速切除，同時應兼顧機組運行電壓適應性要求。經消弧線圈接地的匯集線系統發生單相接地故障時，應能可靠選線， 快速切除。”
　　一、當匯集線系統發生單相接地故障時，系統內會產生單相接地電容電流，單相接地電容電流的數值對接地系統中接地設備的選擇起著決定性的作用。單相接地電容電流的計算一共分兩種情況：
　　1.匯集線采用電纜方式的單相接地電容電流的計算方法有以下兩種：
　　(1)根據單相對地電容，計算電容電流
　　Ic=√3×Ue×ω×C×10-3
　　式中: Ue━電網線電壓(kV)
　　C ━單相對地電容(F)
　　一般電纜單位電容為200-400 μF/km左右
　　(2) 根據經驗公式，估算電容電流
　　Ic=0.1×Ue ×L
　　式中: Ue━電網線電壓(kV)
　　L ━電纜長度(km)
　　2. 匯集線采用架空線路方式電容電流的計算有以下兩種：
　　(1) 根據單相對地電容,計算電容電流(電力工程電氣設計手冊)。
　　Ic=√3×Ue×ω×C×10-3 (公式1-3)
　　式中: UP━電網線電壓(kV)
　　C ━單相對地電容(F)
　　一般架空線單位電容為5-6 pF/m。
　　(2) 根據經驗公式,計算電容電流(電力工程電氣設計手冊)。
　　Ic= (2.7~3.3)×Ue×L×10-3 (公式1-4)
　　式中: Ue━電網線電壓(kV)
　　L ━架空線長度(km)
　　2.7━系數，適用于無架空地線的線路
　　3.3━系數，適用于有架空地線的線路
　　同桿雙回架空線電容電流(見參考文獻3) ：Ic2=(1.3~1.6)Ic (1.3-對應10KV線路,1.6-對應35KV線路, Ic-單回線路電容電流)
　　根據上式計算出得單相接地電容電流值來計算中性點接地設備的參數。
　　二、風電場匯集線系統的中性點接地方式是一個綜合性的問題，與電壓等級、單相接地電容電流、系統供電的可靠性和連續性都有著很大的關系。下面結合單相接地電容電流的計算值簡單談一下國家電網(2011)974號文中允許的幾種中性點接地方式。
　　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解決匯集線系統發生單相接地故障的問題主要是利用消弧線圈補償電容電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過電壓。主要接線形式如下：
　　消弧線圈的補償容量利用以下公式計算，
　　Q=K×IC×Ue/√3
　　式中：
　　Q——補償容量，kVA
　　K——系數，過補償取1.35，欠補償按脫諧度確定
　　IC——集電線路電網的電容電流，A
　　Ue——集電線路的系統標稱電壓，kA
　　2. 經電阻接地方式
　　采用經電阻接地方式來解決匯集線系統發生單相接地故障的問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電壓，同時可提供足夠的電流和零序電壓，使接地保護可靠動作。匯集線系統經電阻接地的方式有兩種方式，一種是設置接地變壓器，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——中性點接地電阻值
　　Ue——系統標稱電壓
　　IR——選定的單相接地電流
　　IR>KIC
　　式中：
　　K——系數，取1-2
　　IC——集電線路電網的電容電流，A
　　接地變壓器容量的選擇可以根據計算容量充分考慮到電阻接地時接地變壓器工作時間很短，可充分考慮利用變壓器的過負荷能力。
　　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的中性點上。主要接線方式如下：
　　三、現在以一個風電場為例，風電場規模為200MW，主變壓器配置方式為2×100MVA，集電線路電壓等級為35kV。風電場主接線單線圖如下。
　　(1)每段35kV母線上接的集電線路回路數為6回，采用電纜作為集電線路方式，總長度約為80公里。根據公式單相接地電容電流的計算公式，本風電場單相接地故障電容電流為280A。

補償方式	補償設備參數
消弧線圈	補償容量≥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，過負荷系數取10倍）
帶平衡線圈方式	接地電阻值為56Ω

　　從上表可以看出，采用消弧線圈補償方式對于單相接地故障電容電流較大的系統會發生補償容量過大，設備制造費用高，按照傳統的消弧線圈的調節級數容易發生級數少、自動調節范圍大、極差電流大、補償精度低，達不到消弧目的;采用經電阻接地的方式，設備制造費用不高，能夠在系統發生單相接地故障時，通過相應保護快速切除。
　　(2)每段35kV母線上接的集電線路回路數為6回，采用架空線路作為集電線路方式，總長度約為80公里。根據公式單相接地電容電流的計算公式，本風電場架空線路單相接地故障電容電流為9.24A，考慮到風機連接架空線路電纜及集電線路進站電纜，本風電場單相接地故障電容電流為38.22 A。

補償方式	補償設備參數
消弧線圈	補償容量≥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，過負荷系數取10倍）
帶平衡線圈方式	接地電阻值為411Ω

　　從上表可以看出，采用消弧線圈補償方式對于單相接地故障電容電流較小的系統補償容量比較合適，而且傳統消弧線圈按地電容電流大小的不同，采用的調節級數也不同，一般分五級或九級，級數少、級差電流大，補償精度很低。單相接地時，由于補償方式、殘流大小不明確，用于選擇接地回路的微機選線裝置更加難以工作。此時不能根據殘流大小和方向或采用及時改變補償方式或調檔變更殘流的方法來準確選線。該裝置只能依靠含量極低的高次諧波(小于5%)的大小和方向來判別，準確率很低，這也是過去小電流選線裝置存在的問題之一。
　　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，避免了緊急停機給風機帶來的損害。而電纜線路多數為永久故障，采用小電流接地迅速跳閘，短時故障少，風機切除停電不可避免。為了達到在風電場匯集線系統中準確選線，快速切除單相接地故障，同時又兼顧機組運行電壓適應性要求，避免緊急停機給風機帶來的損害，應該增加消弧線圈的選線精度，同時加強更電機組的高電壓穿越能力。這樣才能保證風電場的可靠、安全、經濟運行，又可以滿足滿足系統對風電場的運行要求。
　　參考文獻：
　　1. 電力工程電氣設計手冊
　　2. 中國電力工程顧問集團公司企業標準《風力發電場電氣設計技術導則》