淺析接地成套裝置在光伏電站中的應(yīng)用

張建紅（青島昌盛日電太陽(yáng)能科技有限公司,山東　青島　266234）

淺析接地成套裝置在光伏電站中的應(yīng)用

張建紅
（青島昌盛日電太陽(yáng)能科技有限公司,山東青島266234）

摘要：隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光伏電站的裝機(jī)容量越來(lái)越大，中性點(diǎn)接地方式的確定仍為熱點(diǎn)問(wèn)題。本文結(jié)合目前光伏電站中常用的兩種接地方式進(jìn)行分析比較，介紹電站項(xiàng)目中性點(diǎn)選擇需要進(jìn)行計(jì)算的一般設(shè)計(jì)思路，并對(duì)接地成套裝置在光伏電站中的應(yīng)用給出幾點(diǎn)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：光伏電站;電容電流;消弧線圈;小電阻

1　概述

隨著光伏組件價(jià)格降低，國(guó)家對(duì)發(fā)展清潔能源的重視和鼓勵(lì)政策的實(shí)施，光伏電站得以大力發(fā)展，裝機(jī)規(guī)模也越來(lái)越大，尤其是BIΡV模式的應(yīng)用。大型光伏電站考慮到容量和損耗等原因，采用逐級(jí)匯流就地升壓的方式運(yùn)作；綜合考慮建設(shè)成本、可靠運(yùn)行、損耗、運(yùn)行維護(hù)等因素，目前高壓并網(wǎng)方案大多數(shù)選擇先就地升壓至35KV，再二次升壓或接入既有升壓站至送出電壓。

變壓器中性點(diǎn)接地方式的選擇直接影響到電力運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也直接影響系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平的選擇、過(guò)電壓水平及繼電保護(hù)方式、通訊干擾等。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，成套裝置方案越發(fā)成熟，本文針對(duì)消弧線圈接地成套裝置和小電阻接地成套裝置在光伏電站中的應(yīng)用加以分析。

2　電容電流的計(jì)算

光伏電站電網(wǎng)的電容電流，應(yīng)包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、變壓器以及母線和電器的電容電流，還應(yīng)適當(dāng)考慮當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)（主要是溫度和輻照度）帶來(lái)的影響，并適當(dāng)考慮裕度，以此作為確定接地方式、選擇設(shè)備和整定繼電保護(hù)的判據(jù)。

（1）架空線路的電容電流可按下式估算：

式中：L線路長(zhǎng)度(km)；Ue額定線電壓(KV)；Ic電網(wǎng)電容電流（A）；

系數(shù)2.7用于無(wú)架空地線的線路，3.3用于有架空地線的線路。

同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

（2）電纜線路的電容電流可按下式估算：

此外，電纜電容電流還與電纜截面有關(guān)，精確計(jì)算時(shí)需考慮。

（3）變電所電氣設(shè)備引起的電容電流增加值見(jiàn)表1：

表1

電網(wǎng)電容電流增大，超過(guò)10A時(shí)接地電弧不能可靠熄滅，就會(huì)產(chǎn)生以下后果：

1）產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備的絕緣危害極大甚至擊穿；

2）持續(xù)電弧造成空氣離解，易發(fā)生相間短路；

3）產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓，易燒壞ΡT，損壞避雷器以至其爆炸。這將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，因此必須結(jié)合實(shí)際考慮接地裝置的配置。

3　消弧線圈接地成套裝置

3.1消弧線圈接地成套裝置

消弧線圈接地成套裝置系統(tǒng)見(jiàn)圖1，單相接地故障時(shí)產(chǎn)生電感電流以補(bǔ)償電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，將接地點(diǎn)的故障電流限制在10A以下，達(dá)到自動(dòng)息弧、繼續(xù)供電的要求。

圖1

3.2消弧線圈補(bǔ)償計(jì)算

式中：Q補(bǔ)償容量(KVаr)；

K過(guò)補(bǔ)償系數(shù)，取1.35。

為提高補(bǔ)償成功率和便于運(yùn)行調(diào)諧，一般需將分接頭調(diào)諧到接近諧振點(diǎn)的位置，并采用過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式，避免發(fā)生串聯(lián)諧振。

3.3消弧線圈接地方式分析

變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，單相接地時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的故障電流相對(duì)較小，從而允許線路不立即作用于跳閘，繼續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行。

微機(jī)自動(dòng)跟蹤消弧裝置的使用，并配套接地自動(dòng)選線環(huán)節(jié)，滿足目前中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的電網(wǎng)運(yùn)行需求。但需注意，消弧線圈補(bǔ)償實(shí)際上只能起到熄滅電弧的作用，而不能抑制因弧光短路所引起的過(guò)電壓倍數(shù)；此外，當(dāng)系統(tǒng)電容電流過(guò)大時(shí)，消弧線圈很難達(dá)到理想的脫諧度而造成諧振的發(fā)生。

本研究發(fā)現(xiàn)：腦卒中病人家庭照顧者知覺(jué)壓力水平高于普通人群，醫(yī)務(wù)人員在工作中，應(yīng)關(guān)注腦卒中病人家庭照顧者身心健康狀態(tài)，積極對(duì)其采取正面心理引導(dǎo)，幫助照顧者以積極應(yīng)對(duì)方式面對(duì)困難，減輕照顧者壓力源，提高其身心健康水平。

3.4接地變壓器

接地變?yōu)檫B接消弧線圈提供有效的中性點(diǎn)，可適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)的不對(duì)稱，其容量應(yīng)與消弧線圈的容量相配合。接地變的特性要求是：零序阻抗低，空載阻抗高，損失小。一般采用曲折形接法(Z形)的接地變，如ZN,yn11。

接地變?nèi)萘康倪x擇:接地變不帶二次繞組時(shí)，接地變的容量等于或略大于消弧線圈的容量；接地變帶二次繞組時(shí)，接地變的容量等于或略大于消弧線圈的容量加上接地變二次繞組的容量。

接地變理論容量計(jì)算公式（接地變同時(shí)作為站用變，二次側(cè)接站用電）：

式中：Q消弧線圈容量(kVаr)；S二次側(cè)接所用電的容量(KVA)；功率因數(shù)角(°)；Sj-接地變?nèi)萘?KVA)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStdC62.92.3-1993中規(guī)定，接地變壓器容量需考慮10s的過(guò)載能力，即容量理論計(jì)算值應(yīng)除以相應(yīng)過(guò)載倍數(shù)10.5。故此處接地變實(shí)際容量為Sj’=Sj/10.5。

4　小電阻接地成套裝置

4.1小電阻接地成套裝置

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，可降低單相接地時(shí)的暫態(tài)過(guò)電壓、消除弧光接地過(guò)電壓和某些諧振過(guò)電壓；產(chǎn)生的零序電壓或零序電流，能使繼電保護(hù)裝置迅速選擇故障線路并切除故障。系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。

此方式對(duì)系統(tǒng)電容電流變化的適用范圍較大（接地故障電流一般為100A～1000A），確定接地電阻值后，電容電流發(fā)生較大變化，接地電阻對(duì)降低弧光過(guò)電壓、消除諧振過(guò)電壓的效果無(wú)明顯變化，所以在系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化或電網(wǎng)發(fā)展時(shí)，可不改變接地電阻。

圖2

IR為電網(wǎng)單相接地故障時(shí)流過(guò)中性點(diǎn)電阻Rn的電流，Uph為額定相電壓，則有IR=Uph/Rn；

4.2.1按限制弧光接地過(guò)電壓的要求選擇

大量的試驗(yàn)和計(jì)算表明，當(dāng)IR=Ic時(shí)，可將間歇性弧光過(guò)電壓倍數(shù)限制在2.6倍以內(nèi)；當(dāng)IR=2Ic時(shí)，可限壓至2.3倍以內(nèi)；當(dāng)IR=4Ic時(shí)，可限壓至2倍以內(nèi)；當(dāng)IR＞4IC時(shí)，限壓效果已不明顯。一般取IR=(2～4)Ic即可滿足要求。

4.2.2按保證繼電保護(hù)靈敏度的要求選擇

IR/IC越大，Rn越小，IR越大，則故障電流就越大，保護(hù)的靈敏度就越大。

4.2.3按減小故障點(diǎn)接地短路電流考慮

故障點(diǎn)的單相接地短路電流越大，對(duì)故障設(shè)備的損害越大，此時(shí)Rn越大越好。

Rn的選擇須根據(jù)電網(wǎng)的具體條件，考慮供電可靠性要求、限制弧光接地過(guò)電壓的倍數(shù)、繼電保護(hù)的靈敏性、對(duì)通訊線路的干擾、接觸電壓及跨步電壓等因素，綜合分析比較，選擇效果最佳方案。

4.3實(shí)例分析

系統(tǒng)信息：電纜長(zhǎng)度20km，電壓等級(jí)為35KV，選用干式變壓器，戶內(nèi)安裝，0.4KV變壓器帶負(fù)載200KVA。電纜型號(hào)YJY23-26/35-3*240,配小電阻接地成套裝置。

計(jì)算過(guò)程：估算線路電容電流，Ic=0.1*35*20=70A,從限壓和繼保的靈敏性和可靠速動(dòng)考慮，宜選取電阻器通流IR=4IC=400A。

4.3.1小接地電阻的選?。?/p>

電阻阻值Rn=35*103/1.732/400=50.5A。選接地電阻器型號(hào)為：THT-ZT-35/50.5。

4.3.2接地變的選取

接地變的容量S1=(35/1.732)*400/10.5=769.8KVA；

接地變帶0.4KV二次容量S2=200KVA；

則接地變總?cè)萘縎j’=S1+S2=969.8KVA，考慮裕量建議選取1000KVA；

選接地變型號(hào)為：THT-DKSC-1000/35-200/0.4。

5　光伏電站中性點(diǎn)接地方式的考慮

光伏農(nóng)業(yè)大棚等大型光伏電站集電線路較長(zhǎng)，單相對(duì)地電容電流較大，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于變壓器中性點(diǎn)的接地方式應(yīng)予以重視，避免發(fā)生短路事故危及電站甚至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。光伏電站接地裝置的選擇及相關(guān)計(jì)算參照以上章節(jié)。系統(tǒng)電容電流在可調(diào)范圍內(nèi)時(shí)，可優(yōu)先選用消弧線圈接地成套裝置，以保證供電可靠性；但當(dāng)電容電流過(guò)大時(shí)，為確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，則選擇小電阻接地成套裝置，迅速切除故障，避免事故擴(kuò)大。

需要特別注意的是，當(dāng)光伏電站電容電流大于10A，且升壓至35KV后與電網(wǎng)直接連接時(shí)，更換電網(wǎng)側(cè)接地裝置不現(xiàn)實(shí)，則光伏電站側(cè)需配接地裝置且與電網(wǎng)側(cè)接地方式保持一致，以防兩側(cè)動(dòng)作混亂，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。反例：直接連接時(shí)，電網(wǎng)側(cè)采用小電阻接地，光伏電站側(cè)采用消弧線圈接地，若光伏電站側(cè)發(fā)生接地故障，引起系統(tǒng)電容電流的變化，電網(wǎng)側(cè)小電阻使繼電保護(hù)裝置迅速選擇并切除故障線路，即光伏電站側(cè)故障造成了電網(wǎng)側(cè)誤動(dòng)作；反之，電網(wǎng)側(cè)故障也會(huì)引起光伏電站側(cè)誤動(dòng)作。

6　結(jié)語(yǔ)

電力科技日新月異，各種接地裝置都因其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)得以發(fā)展；中性點(diǎn)接地方式的選擇這個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)具體條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。國(guó)內(nèi)大型光伏電站的建設(shè)正處于發(fā)展階段，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚不完善，組件質(zhì)量、并網(wǎng)消納、儲(chǔ)能等很多技術(shù)問(wèn)題都需要深入研究，這也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)和改造的必然要求。中性點(diǎn)接地方式的問(wèn)題，光伏電站的運(yùn)行模式，有待于進(jìn)一步改善，經(jīng)過(guò)不斷地實(shí)踐、深化、創(chuàng)新，電力技術(shù)、光伏應(yīng)用必將取得更大的進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介：張建紅(1988-)，女，山東濰坊人，本科，研究方向：智能箱式變電站和光伏電站設(shè)計(jì)。