石 巍，胡凌波，張彥昌

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

分布式電源接地方式的探討

石 巍，胡凌波，張彥昌

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

根據(jù)電網(wǎng)的運行方式和國網(wǎng)公司的《反措》要求，針對目前分布式電源的并網(wǎng)特點，從電網(wǎng)供電的可靠性和分布式電源的設備運行可靠性兩個方面進行分析，當分布式電源并網(wǎng)時與電網(wǎng)接地方式不一致時，建議采用隔離變壓器的方案。

分布式電源；接地方式；隔離變壓器。

分布式電源是指區(qū)別于集中發(fā)電、遠距離傳輸、大互聯(lián)網(wǎng)絡的傳統(tǒng)發(fā)電形式，以燃料電池、生物質(zhì)能、風力發(fā)電、太陽能光伏等為代表的功率為幾十kW到幾十MW的小型模塊式、與環(huán)境兼容、經(jīng)濟、高效、可靠的獨立電源。

分布式能源是一種建在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可并網(wǎng)運行，是以資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能的分散式供能方式。

由于分布式能源自身的特點，其運行方式和電網(wǎng)的運行方式不完全一致，主要表現(xiàn)在分布式電源對接地方式的要求和電網(wǎng)對接地方式的要求不一致，導致其在并網(wǎng)時，可能會出現(xiàn)的一些問題。本文主要針對分布式電源與電網(wǎng)的接地方式不一致的情況，分析可能出現(xiàn)的問題和相應的解決方案。

1　分布式并網(wǎng)相關政策

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》(Q/GDW 480—2010)的要求，分布式電源并網(wǎng)時應滿足相關的接入系統(tǒng)原則。

(1)并網(wǎng)點的確定原則為電源并入電網(wǎng)后能有效輸送電力并且能確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

(2)當公共連接點處并入一個以上的電源時，應總體考慮它們的影響。分布式電源總容量原則上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負荷的25%。

(3)分布式電源并網(wǎng)點的短路電流與分布式電源額定電流之比不宜低于10。

(4)分布式電源接入電壓等級宜按照：200 kW及以下分布式電源接入380V電壓等級電網(wǎng)；200 kW以上分布式電源接入10kV(6kV)及以上電壓等級電網(wǎng)。經(jīng)過技術經(jīng)濟比較，分布式電源采用低一電壓等級接入優(yōu)于高一電壓等級接入時，可采用低一電壓等級接入。

除上述并網(wǎng)原則外，分布式電源還應具有防孤島保護功能，同步電機、異步電機類型分布式電源，無需專門設置孤島保護，但分布式電源切除時間應與線路保護相配合，以避免非同期合閘。變流器類型的分布式電源必須具備快速監(jiān)測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島保護應與電網(wǎng)側線路保護相配合。

根據(jù)并網(wǎng)原則，分布式電源裝機規(guī)模在200 kW以上時采用10kV(6kV)及以上電壓等級電網(wǎng)。分布式電源一般采取一級升壓的接線方式，即電源出線升壓匯集后直接并入電網(wǎng)，匯集線系統(tǒng)的電壓就是并網(wǎng)電壓，目前采用較多的電壓等級是10kV和35kV。根據(jù)國家電網(wǎng)公司《風電并網(wǎng)運行反事故措施要點》，風電場匯集線系統(tǒng)單相故障應快速切除。匯集線系統(tǒng)應采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地方式，不應采用不接地或經(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，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(jīng)消弧線圈接地的匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，應能可靠選線，快速切除。《反措》明確了匯集線系統(tǒng)在單相接地故障時必須立即切除故障線路，目前匯集線系統(tǒng)采用較多的接地方式是經(jīng)中性點低電阻接地。

目前國內(nèi)10kV和35kV中壓配電網(wǎng)大部分采用不接地方式或采用消弧線圈接地方式。尤其在廣大農(nóng)村地區(qū)，中壓配電網(wǎng)多采用架空線路輸電，單相接地故障電容電流較小，同時兼顧供電可靠性的要求，采用不接地方式或消弧線圈接地方式，允許單相接地故障時短時間運行。分布式電源與中壓配電網(wǎng)的接地方式不一致，將導致分布式電源的并網(wǎng)出現(xiàn)問題，改變電網(wǎng)的運行方式很困難，因此我們只有改變分布式電源的并網(wǎng)方式。

2　分布式電源的并網(wǎng)設計方案

2.1從電網(wǎng)供電的可靠性進行分析

(1)電網(wǎng)采用中性點經(jīng)低電阻接地的運行方式，當分布式電源并網(wǎng)時，僅增加通過電網(wǎng)低電阻的接地電流而不改變電網(wǎng)運行方式的并網(wǎng)方案。這種并網(wǎng)方案的接地方式和《反措》的意見一致，對電網(wǎng)也沒有影響。

(2)電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，當分布式電源的單相接地故障電容電流較小時，僅增加電網(wǎng)消弧線圈的補償容量而不改變電網(wǎng)運行方式的并網(wǎng)方案。但這種并網(wǎng)方案的接地方式與《反措》的意見不一致。當集電線路以電纜線路為主或電纜和架空線混合時，由于電纜發(fā)生單相接地故障的特點，單相接地故障易發(fā)展成為相間短路故障，會導致母線電壓下降，造成分布式電源脫網(wǎng)。

(3)電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地或不接地的運行方式，當分布式電源的單相接地故障電容電流較大時，為了抑制由單相接地故障電容電流產(chǎn)生的弧光過電壓，需要采用低電阻接地方式，當某一回線路單相接地故障時，保護立即動作，切除該回線路。這種并網(wǎng)方案的接地方式和《反措》的意見一致，但是當電網(wǎng)中的線路出現(xiàn)單相接地故障時，則存在如何切除故障的問題，一是切除電網(wǎng)的故障線路，這會影響電網(wǎng)供電行的可靠性；二是切除分布式電源的并網(wǎng)開關，這會導致分布式電源的停機，影響其發(fā)電量，嚴重時會造成某些采用變流器并網(wǎng)的分布式能源的整流模塊的損壞；三是切除中性點電阻，讓系統(tǒng)運行在不接地方式，同時單相接地故障電容電流較大，會導致故障接地點不能熄弧，產(chǎn)生弧光過電壓，甚至單相接地故障發(fā)展成為相間短路故障，影響電網(wǎng)的運行。

通過以上分析，可以得出當電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地或不接地的運行方式時，由于其運行方式和《反措》的意見不一致，因此不能同時滿足電網(wǎng)的供電可靠性要求和《反措》快速切除故障的要求。這就需要增加一臺隔離變壓器，把兩個不同接地方式的電網(wǎng)隔離起來。采用隔離變壓器的方案一方面可以保證電網(wǎng)側供電的可靠性，單相接地故障短時間運行，另一方面可以保證分布式電源側的設備安全，在單相接地故障時立刻切除故障。但是增加隔離變壓器也會帶來變壓器布置位置、變壓器噪音和損耗等一系列問題。

2.2設備運行可靠性分析

分布式電源中冷熱電三聯(lián)供的內(nèi)燃機發(fā)電機通常從自身的保護角度考慮，要求中性點采用不接地方式運行，同時要求系統(tǒng)的單相接地故障時的電容電流較小，一般不大于5 A。

(1)電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，允許單相接地故障時短時間運行。此時電網(wǎng)系統(tǒng)中的電容電流是大于內(nèi)燃機輪機發(fā)電機所允許的電容電流值。當單相接地故障發(fā)生在電網(wǎng)中時，發(fā)電機定子回路的電容電流可能會超過允許值(和發(fā)電機自身的結構有關)；當單相接地故障發(fā)生在發(fā)電機內(nèi)部時，此時電容電流大于發(fā)電機所允許的電容電流值，發(fā)電機必須瞬時切機。按照《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》的要求，發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生單相接地故障要求瞬時切機時，宜采用高電阻接地方式。電阻器一般接在發(fā)電機中性點變壓器的二次繞組上。但是電網(wǎng)是不允許分布式電源再增加一個經(jīng)高阻接地點的，因此只能在發(fā)電機出口增加一套零序保護裝置，這套裝置在電網(wǎng)和發(fā)電機出現(xiàn)單相接地故障時都會動作，對分布式能源的運行會產(chǎn)生不利的影響。

(2)電網(wǎng)采用中性點經(jīng)低電阻接地的運行方式，當任何一條線路出現(xiàn)單相接地故障時，保護會立即動作，切除該回線路。電網(wǎng)也是不允許分布式電源再增加一個經(jīng)高阻接地點的，因此也只能在發(fā)電機出口增加一套零序保護裝置，這套裝置在電網(wǎng)和發(fā)電機出現(xiàn)單相接地故障時都會動作，同樣會對分布式能源的運行會產(chǎn)生不利的影響。

通過以上分析，可以得出電網(wǎng)采用中性點經(jīng)低電阻接地的運行方式還是采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式時，分布式電源為了保護其發(fā)電機設備，需要在發(fā)電機出口增加一套零序保護裝置，這套零序保護裝置在電網(wǎng)和發(fā)電機出現(xiàn)單相接地故障時都會動作，這會影響分布式能源的正常運行。這種情況也可以考慮增加一臺隔離變，把發(fā)電機系統(tǒng)和電網(wǎng)隔離開，形成兩個不同的接地系統(tǒng)，發(fā)電機系統(tǒng)再根據(jù)計算的單相接地故障電流選擇接地方式。

分布式電源增加的隔離變有兩種布置方式，第一種是布置在分布式電源和電網(wǎng)之間，形成分布式電源和電網(wǎng)之間的隔離；第二種是布置在發(fā)電機和并網(wǎng)點之間，形成分布式電源的發(fā)電機和電網(wǎng)之間的隔離。當采用第一種布置方式時，分布式電源的單相接地電容電流可能會超過發(fā)電機允許值，發(fā)電機中性點需要采取高阻接地方式。當采用第二種布置方式時，分布式電源的單相接地電容電流可能不會超過發(fā)電機允許值，發(fā)電機中性點采取不接方式。因此，當分布式電源中燃機發(fā)電機數(shù)量較多或饋線回路較多時，考慮到隔離變的容量較大，分布式電源系統(tǒng)中的單相接地電容電流較大，建議采用第二種布置方式，即隔離變布置在發(fā)電機和并網(wǎng)點之間。

3　結論

綜上所述，從電網(wǎng)供電的可靠性和分布式電源的設備運行可靠性兩方面進行分析，當分布式電源與電網(wǎng)的接地方式不同且運行方式不一致時，建議采用隔離變壓器將電網(wǎng)和分布式電源隔開，以保證電網(wǎng)的正常運行和分布式電源的設備安全可靠。

[1] 梁振鋒，楊曉萍，張娉. 分布式發(fā)電技術及其在中國的發(fā)展[J]. 西北水電，2006，(1).

[2] Davis M W，Distributed resource electric power system offer significant advantages over central station generation and T&G power system(Part II)[C]// Proceeding of IEEE/PES Winter Meeting. New York (USA)：2002.

[3] DL/T 620－199，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].

[4] Q/GDW 480－2012 分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定[S].

Discussion on Distributed Electrical Sources Grounding Mode

SHI Wei, HU Ling-bo, ZHANG Yan-chang
(Central Southern China Electric Power Design Institute , Wuhan 430071, China)

According to the mode of operation of the power grid and the requirement of the anti-accident measurement from the State Grid Corporation of China, aimed at the special characteristics of the distributed generation and its interconnection with the power grid, used to analyze from the operation reliability of the power grid and the distributed generation, we come exactly to the conclusion that we suggest using the isolation transformer,when the mode of grounding of the distributed generation disagree with the power grid.

distributed generation; the mode of grounding; isolation transformer.

TM91

B

1671-9913(2016)05-0052-03

2018-08-01

石巍(1974- )，男，湖北武漢人，高級工程師，從事發(fā)電廠及新能源項目的電氣專業(yè)設計工作。