【摘要】本文扼要论述了风电场35kv集电系统中性点接地方式的选择原则以及相应设备参数的计算。
　　【关键词】风电场；中性点接地；接地电阻；接地变压器
　　1. 前言
　　（1）我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近70.6%由煤炭供给，大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。过度依赖化石燃料的能源结构造成了很大的环境压力，导致城市雾霾频现，形成严重的社会负面影响。大力开发风能、太阳能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。
　　（2）近几年来风力发电作为成熟的可再生能源在我国得到了大力开发应用，集中的大型风电场越来越多，风力发电机组单机容量也由刚开始的750kw逐步发展到2000～2500kw等级，大型的海上风电场也已开始兴建。
　　（3）大型风电场风力机组的间距较远，风力机组出口电压通过箱式变压器升压到35kv，通过集电线路送往电厂升压站经主变升压接入电力系统，集电线路一般采用35kv电缆或架空线路。由于风电场面积大，风机间距离远，因此35kv线路长度相当长，导致35kv系统电容电流较大。以前风电场 35kv系统采用中性点不接地系统，集电线路单相接地后电弧电流不能自熄，弧光接地过电压导致pt烧毁、过电压保护器爆炸及相间短路的故障时有发生。由于上述故障的发生，近年来风电场35kv系统中性点接地方式已逐渐倾向采用消弧线圈或电阻接地方式。
　　2. 风电场35kv系统中性点接地方式的选择
　　2.1我们国家35kv系统多为不接地系统或消弧线圈接地系统，采用不接地系统的优点是：系统中单相接地故障时，故障点仅有系统电容电流，故障一般不跳闸，系统供电连续性好。该系统适用于供电网络较小，出线多为架空线的系统，因为架空线路的单相对地多为刮风使树枝碰撞架空导线等原因导致的暂时性故障，弧光电流熄灭后绝缘可恢复，再者35kv电气设备绝缘裕度也较大，可以承受一定程度的过电压，因此在过电压保护规程中规定：35kv系统中当单相接地故障电容电流不超过10a时，应采用不接地方式；当超过10a又需在接地故障条件下运行时应采用消弧线圈接地系统。
　　2.2消弧线圈是一个接在电网中性点的感性元件，其作用是用消弧线圈产生的电感电流来补偿系统单相接地时所产生的对地电容电流，保证电弧自动熄灭，消除接地弧光过电压对系统内电气设备绝缘的损害；当发生的故障是稳定的单相接地时，很小的残余接地电流并不会造成危险，按规程系统仍可继续供电2小时，为运行人员赢得发现并处理故障的时间。
　　2.3当系统接地电容电流超过允许值时，也可以采用中性点经电阻接地方式。中性点采用电阻接地，可以降低中性点电位，减少电弧重燃的可能性，抑制电网的过电压幅值。电阻接地系统按电阻值的不同分为高电阻接地系统和低电阻接地系统，简要介绍如下：
　　（1）高电阻接地系统：系统符合零序电阻r0≤1/3ωc0（c0为系统每相对地分布电容，μf）准则。电阻值的选择通常以限制暂态过电压在 2.5倍相电压以下为原则；如果单相接地电流不大于10a，高电阻接地保护不要求立即切除接地故障，通常是检测和报警，按规程允许有2小时的故障处理时间，如大于10a则需要保护跳闸切除故障点，由于采用高接地的条件是使系统的电阻性电流不小于电容性电流，它使总的对地电流至少增大2倍。
　　（2）低电阻接地系统：系统符合零序电阻r0与其零序电抗x0之比大于等于2。其中x0是系统等值零序电抗。按规程接地故障电流取值范围一般是100～1000a。低电阻接地系统应设置有选择性的、立即切除接地故障线路的保护装置。为满足保护的选择性与灵敏度，电阻值的选取应为保护装置提供足够大的电流。低电阻接地系统以保护动作优先，满足单相故障时对设备损害小为目标，对供电的连续性则采用双回路、重合闸、备自投等方式来满足。
　　2.4风电场35kv集电系统的特点是：负荷分散、回路多，电缆距离长，由于风电场一般按总体一次规划工程分期建设安装的原则实施，因此 35kv系统也存在逐步扩大的要求。根据风电场特点，35kv系统可采用消弧线圈或电阻接地方式；从投资与运行维护角度，对于电容电流小于10a时一般采用不接地系统，大于10a时多采用低电阻接地系统。
　　3. 风电场35kv中性点设备的选择
　　按上节所述风电场35kv系统多采用中性点经电阻接地方式。

中性点采用电阻接地，系统的中性点需要引出，有两种情况：一种是主变直接采用 220（110）/35kv yn-yn0型接线的双卷变压器，为满足3次谐波电流变压器中需要增加一个△的平衡绕组，35kv侧中性点直接经套管引出，接地电阻直接接在主变中性点上。另一种情况是主变压器采用220（110）/35kv y-△型接线的双卷变压器，主变35kv采用三角形接线中性点不引出，无三次谐波电流的事情，需要另外配置35kv接地变压器，设置一个人工的接地点，接地变压器满足接地电阻引接。为兼做所用变压器用，设置二次绕组，以提供380/220v站用电负荷。现就中性点接地电阻及接地变压器选择分述如下：
　　3.1接地电阻的参数选择：
　　（1）首先需要计算系统中电容电流的大小，风电场的电容电流，包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器及母线和电器的电容电流。
　　3.2接地变压器的型式及参数选择：
　　（1）接地变压器的一次额定电压与所接系统的标称电压应一致，为使在系统发生单相接地时，零序电压在接地变压器上的压降最小，95%的零序电压都加在中性点接地电阻上，要求接地变压器零序阻抗尽量小，为此接地变压器通常采用曲折绕组（z型绕组），其铁芯为三相三柱式，每一铁芯柱上有2个绕组，其匝数相等，绕向相同，然后反极性串联成曲折形的星形绕组。即a1绕组的末端与c2绕组的末端相连，同样，b1绕组的末端与a2绕组末端、c1绕组末端与 b2绕组末端相连，然后a2、b2、c2首端相连，即形成曲折变的中性点n。在n与大地之间接入消弧线圈或电阻器，接线见图1。 　图1曲折绕组接地变压器接线图表1过载时间 sd·r/ se·r10s 10.560s 4.710min 2.630min 1.92h 1.4（2）曲折变压器降低零序阻抗的原理是：在接地变压器三相铁芯的每一相都有两个匝数相同的绕组，分别接不同的相电压，当变压器线端加入三相正、负序电压时，变压器的每一铁芯柱上产生的磁势是两相绕组磁势的向量和。三个铁芯柱上合成磁势相差120°，是一组平衡量。三相磁通可在三个铁芯柱上互相形成磁通路，磁阻小、磁通量大、感应电势大，呈现很大的励磁阻抗。当接地变压器三相线端加入零序电压时，在每个铁芯柱的两个绕组产生的磁势大小相等，方向相反，合成磁势为零，三相铁芯柱上没有零序磁通。零序磁通只能通过变压器外壳和周围介质形成闭合回路，磁阻很大、零序磁通很小，所以零序阻抗也很小。在正常运行时加在变压器线端的是三相平衡电压，中性点只有正常允许的不平衡电压，线端输入的电流只有很小的励磁电流和不平衡电流，接地变压器的损耗很小，主要是铁损。
　　（3）接地变压器的低压二次绕组视具体工程需要设置，当需要兼做变电站的自用电源变压器时，应设二次绕组，否则可不设。
　　（4）用于低电阻接地系统的接地变压器，通常按10s以内承受的最大故障电流来设计，实际持续时间取决于接地保护装置的整定值和接地变压器所在的位置。
　　（5）接地变压器中性点接低电阻同时又兼站用变时，接地变压器容量为低电阻所需容量与所用电的容量之和。若所用容量按100kva考虑的话，则接地变压器变压器容量为600kva，可以按标准选用630kva。
　　4. 结论
　　（1）风电场35kv集电线路采用电缆时，当35kv系统电容电流超过10a时，中性点宜采用低电阻接地系统。
　　（2）中性点电阻参数如下：额定电压可以采用系统相电压35/3kv，电阻值100ω，额定电流202a。当中性点电阻采用以上参数值时相应配套的接地变压器参数应为：变压器的额定电压为35kv，电压比35/0.4kv，接线组别zn，yn0，当考虑站用容量为100kva时，变压器容量可以选用630kva。
　　（3）在满足保护装置对动作电流值的要求下，宜提高电阻阻值，这样可以减小接地变压器容量，降低工程造价，提高工程技术经济指标。
　　参考文献
　　[1]西北电力设计院编《电力工程电气设计手册》.
　　[2]李润先编《中压电网系统接地实用技术》.
　　[文章编号]1006-7619（2013）04-16-329
　　[作者简介] 伍成军 （1970.6.8-）男， 职称：电气工程师，长期从电力工程电气专业设计工作。