论文部分内容阅读
【摘要】随着风光互补项目的建设，风电场及光伏区35kV集电线路电缆量增多，导致35kV单相电容电流急剧增加，电弧不能自熄，容易引起危害，本文结合特变达坂城风光互补项目中性点接地方式的选择，提出一些个人观点。
【关键词】风光互补；电容电流；接地变
1、概述
特变电工乌鲁木齐达坂城风光互补项目（以下简称该项目）终期50台风力发电机组与风机箱变0.69/35kV侧均采用电缆馈出，箱变高压侧至35kV集电线路电缆长度1.5km，单相接地电容电流约5.25A；架空线路长度22km，单相接地电容电流约2.86A；每回35kV集电线路引入升压站电缆按0.1km计，合计电缆线路长度0.4km，单相接地电容电流约1.4A；光伏区35kV电缆汇集线路长度6.8km，单相接地电容电流约23.8A；进一步考虑升压站附加电容电流约为13%（参见《电力工程设计手册》），合计计算单相接地电容电流按约37.64A考虑。
2、系统对地电容电流过大的危害
经研究分析，35kV单相接地电容电流的急剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害，具体表现如下：
1）当发生间歇弧光接地时，可能引起弧光过电压，引起电缆头等绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使系统的供电可靠性大受影响。
2）铁磁谐振过电压现象比较普遍，容易发生电压互感器烧毁和熔断器的频繁熔断事故，威胁电网安全可靠运行。
3）运维人员发生误操作，碰触到带电部位，受大电流的灼伤，会加重运维人员的伤亡。
4）电弧不能自熄，会破坏周围设备的绝缘，造成事故的扩大化。
3、解决方案的探讨
本项目计算单相接地电容电流按约37.64A，根据DL/T5383-2007《风力发电厂设计技术规范》6.5.1条规定：35KV集电线路或电缆单相接地电容电流大于10A，均应在变电所装设消弧线圈。
按照国家电网【2011】974号文件第9条和新疆电力公司电调【2011】94号文件反措要求，风电场汇集线系统单相故障应快速切除。汇集线系统应采用经电阻或消弧线圈接地方式，不应采用不接地或经消弧柜接地方式。经电阻接地的汇集线系统发生单相接地故障时，应能通过相应保护快速切除，同时应兼顾机组运行电压适应性要求。经消弧线圈接地的汇集线系统发生单相接地故障时，应能可靠选线，快速切除。根据规范及国网公司要求，本项目35kV中性点接地方式有采用消弧线圈接地和采用小电阻接地两种方式：
3.1经消弧线圈接地
采用经消弧线圈接地时，当电容电流发生变化，消弧线圈接入容量方便调整，降低单相接地发生时故障点残留，使电弧容易熄灭，避免长时间燃弧而发生相间短路。但由于消弧线圈的补偿作用，故障电流值较小及电弧不稳定等因素，小电流选线装置灵敏度低，无法选线，经调研发现，风电场在发生单相电缆终端故障的情况下，小电流接地选线装置和消弧消谐装置未能正确动作（有的风电场在消弧消谐装置退出运行的情况下，风电场仍继续运行），使系统较长时间带单相接地故障运行，引起绝缘薄弱环节被击穿，进而迅速发展为相间短路（从故障波形分析单相接地发展为相间故障的时间一般为4.9s～11s），有的导致电缆终端、过电压保护装置发生爆炸或损坏。
3.2经小电阻接地
（1）采用经小电阻接地方式时，小电阻接地改变接地电流相位，使回路中残余电荷加速泄放，促使接地电弧自熄并降低弧光间歇过电压。
（2）系统发生单相接地故障时，零序电流变化明显，中性点经小电阻接地与线路零序保护配合，能够准确、快速的切除故障，减小对系统的影响。
（3）阻尼作用显著，从而消除各种原因引起的系统谐振过电压。
（4）对于电缆线路，大多数故障为永久性故障，直接切除故障，可大大降低操作过电压。
3.3综上所述，对两种35kV接地方式的对比，采用中性点经小电阻接地的方式，能更好的满足电网要求，快速切除故障，避免事故的扩大化。因此，本项目35kV侧采用接地变+小电阻接地方式。
4、设备选择
4.1接地电阻计算
为使35kV汇集线系统发生单相接地故障时能快速切除，电阻值的选择应保证金属性单相接地短路电流为200A以上，为了保证发生单相接地故障时，零序保护能可靠动作，本工程流经接地电阻最小接地电流统一取为Id=300A。电阻值得选择为：
式中Id为单相接地短路电流（Id=In相电压流过接地电阻电流+IC电容电流）
考虑容量，本项目接地电阻值选择为70Ω。
4.2接地变的选择
当发生单相接地故障时，电阻器短时内承受的功率为
如果故障能够快速切除，在选择接地变容量时就要考虑其过载能力，本项目按发生单相接地故障持续10s考虑，根据IEEE Std C62.92.3，对于接地电阻配套的接地变压器，其容量按接地故障时流过接地变压器电流对应容量的1/10.5选取。故本项目接地变容量为：
按10秒流过接地电阻电流为300A，小电阻按70Ω选择，接地变容量应选择577kVA；按照35kV接地变设计序列，最终确定35kV接地变容量为630kVA。
5、结论
风光互补项目35kV集电线路在发生接地故障时，完全有条件停电检查，排除故障后，再向电力系统送电。该系统电容电流如果大于规定值，应满足快速切除故障线路，防止事故的扩大，优先选择经小电阻接地的接地方式。
作者简介
周春生，男，汉，工程师，本科，研究方向：风电、光伏设计与研究.
【关键词】风光互补；电容电流；接地变
1、概述
特变电工乌鲁木齐达坂城风光互补项目（以下简称该项目）终期50台风力发电机组与风机箱变0.69/35kV侧均采用电缆馈出，箱变高压侧至35kV集电线路电缆长度1.5km，单相接地电容电流约5.25A；架空线路长度22km，单相接地电容电流约2.86A；每回35kV集电线路引入升压站电缆按0.1km计，合计电缆线路长度0.4km，单相接地电容电流约1.4A；光伏区35kV电缆汇集线路长度6.8km，单相接地电容电流约23.8A；进一步考虑升压站附加电容电流约为13%（参见《电力工程设计手册》），合计计算单相接地电容电流按约37.64A考虑。
2、系统对地电容电流过大的危害
经研究分析，35kV单相接地电容电流的急剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害，具体表现如下：
1）当发生间歇弧光接地时，可能引起弧光过电压，引起电缆头等绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使系统的供电可靠性大受影响。
2）铁磁谐振过电压现象比较普遍，容易发生电压互感器烧毁和熔断器的频繁熔断事故，威胁电网安全可靠运行。
3）运维人员发生误操作，碰触到带电部位，受大电流的灼伤，会加重运维人员的伤亡。
4）电弧不能自熄，会破坏周围设备的绝缘，造成事故的扩大化。
3、解决方案的探讨
本项目计算单相接地电容电流按约37.64A，根据DL/T5383-2007《风力发电厂设计技术规范》6.5.1条规定：35KV集电线路或电缆单相接地电容电流大于10A，均应在变电所装设消弧线圈。
按照国家电网【2011】974号文件第9条和新疆电力公司电调【2011】94号文件反措要求，风电场汇集线系统单相故障应快速切除。汇集线系统应采用经电阻或消弧线圈接地方式，不应采用不接地或经消弧柜接地方式。经电阻接地的汇集线系统发生单相接地故障时，应能通过相应保护快速切除，同时应兼顾机组运行电压适应性要求。经消弧线圈接地的汇集线系统发生单相接地故障时，应能可靠选线，快速切除。根据规范及国网公司要求，本项目35kV中性点接地方式有采用消弧线圈接地和采用小电阻接地两种方式：
3.1经消弧线圈接地
采用经消弧线圈接地时，当电容电流发生变化，消弧线圈接入容量方便调整，降低单相接地发生时故障点残留，使电弧容易熄灭，避免长时间燃弧而发生相间短路。但由于消弧线圈的补偿作用，故障电流值较小及电弧不稳定等因素，小电流选线装置灵敏度低，无法选线，经调研发现，风电场在发生单相电缆终端故障的情况下，小电流接地选线装置和消弧消谐装置未能正确动作（有的风电场在消弧消谐装置退出运行的情况下，风电场仍继续运行），使系统较长时间带单相接地故障运行，引起绝缘薄弱环节被击穿，进而迅速发展为相间短路（从故障波形分析单相接地发展为相间故障的时间一般为4.9s～11s），有的导致电缆终端、过电压保护装置发生爆炸或损坏。
3.2经小电阻接地
（1）采用经小电阻接地方式时，小电阻接地改变接地电流相位，使回路中残余电荷加速泄放，促使接地电弧自熄并降低弧光间歇过电压。
（2）系统发生单相接地故障时，零序电流变化明显，中性点经小电阻接地与线路零序保护配合，能够准确、快速的切除故障，减小对系统的影响。
（3）阻尼作用显著，从而消除各种原因引起的系统谐振过电压。
（4）对于电缆线路，大多数故障为永久性故障，直接切除故障，可大大降低操作过电压。
3.3综上所述，对两种35kV接地方式的对比，采用中性点经小电阻接地的方式，能更好的满足电网要求，快速切除故障，避免事故的扩大化。因此，本项目35kV侧采用接地变+小电阻接地方式。
4、设备选择
4.1接地电阻计算
为使35kV汇集线系统发生单相接地故障时能快速切除，电阻值的选择应保证金属性单相接地短路电流为200A以上，为了保证发生单相接地故障时，零序保护能可靠动作，本工程流经接地电阻最小接地电流统一取为Id=300A。电阻值得选择为：
式中Id为单相接地短路电流（Id=In相电压流过接地电阻电流+IC电容电流）
考虑容量，本项目接地电阻值选择为70Ω。
4.2接地变的选择
当发生单相接地故障时，电阻器短时内承受的功率为
如果故障能够快速切除，在选择接地变容量时就要考虑其过载能力，本项目按发生单相接地故障持续10s考虑，根据IEEE Std C62.92.3，对于接地电阻配套的接地变压器，其容量按接地故障时流过接地变压器电流对应容量的1/10.5选取。故本项目接地变容量为：
按10秒流过接地电阻电流为300A，小电阻按70Ω选择，接地变容量应选择577kVA；按照35kV接地变设计序列，最终确定35kV接地变容量为630kVA。
5、结论
风光互补项目35kV集电线路在发生接地故障时，完全有条件停电检查，排除故障后，再向电力系统送电。该系统电容电流如果大于规定值，应满足快速切除故障线路，防止事故的扩大，优先选择经小电阻接地的接地方式。
作者简介
周春生，男，汉，工程师，本科，研究方向：风电、光伏设计与研究.