何朝阳，徐殿飞，许可

（苏州爱康能源工程技术股份有限公司，江苏 张家港 215600）

光伏电站接地变应用浅析

何朝阳，徐殿飞，许可

（苏州爱康能源工程技术股份有限公司，江苏 张家港 215600）

介绍了光伏发电系统中性点接地形式的选择，给出了中性点电阻、接地变压器的容量计算和选择方法，指出了项目上实际存在的常见问题，提出了零序保护和配合的原则。

电阻；零序；接地变压器；容量；保护

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.044

1 引言

电力系统接地方式的选择是个综合性的问题，应根据供电可靠性要求、电网和线路结构、过电压与绝缘配合、继电保护技术要求、人身及设备安全、对通讯及电子设备的电磁干扰、本地的运行经验等进行技术经济分析，权衡利弊确定适当的接地方式。

电力系统中性点接地方式：直接接地、不接地、经消弧线圈接地（也称谐振接地）、电阻接地。

电力系统中最常见的故障为单相接地故障，约占全部短路故障的80%。单相接地可分为永久性和非永久性故障两种。如在架空线路和电缆的混合线路上，发生单相永久性故障，电缆方面主要是终端、本体和中间接头的击穿；架空线方面主要是导线断线（含绝缘导线）、绝缘子破裂或外部物体碰及导线等。对于永久性故障，都应该停电排除故障后恢复供电。发生单相接地非永久性故障，一般在架空线路的裸导线处，主要原因是雷击使绝缘子闪烙或树枝碰线；在中性点经电阻接地时将使线路跳闸，重合闸后可恢复供电。10~35kV电缆发生单相接地基本上是永久性故障，不存在自行熄弧的可能。

大中型光伏电站一般为架空线路和电缆的混合线路，电缆用的数量很大。消弧线圈对瞬时性弧光接地曾有很好的消弧效果，但固体绝缘材料的大量使用，系统谐波电流的增大，消弧线圈消弧已不具备普遍适应性；消弧线圈只能补偿工频电流，而弧光接地初期存在数十秒的高频振荡；消弧线圈接地统系存在选线难的技术问题。

由于上述原因，35kV光伏开关站一般采用中电阻接地系统。为节省投资费用，接地变一般含有两个用途：供给开关站使用的低压交流电源；在35kV侧形成人为的中性点，同中性点电阻相结合，用于35kV发生单相接地时，产生较大的接地电流，该系统加装零序电流互感器和零序保护（速断和过流），迅速切断故障回路，保证人身的安全以及线路、设备安全。

2 电阻的选择

中电阻接地系统在运行中存在接地故障电流值大，会引起地电位的升高达数千伏，大大地超过安全的允许值，对低压设备、通讯线路、电子设备和人身保安都有危险。接入中性点电阻的阻值应根据本网络中电容电流确定。

系统的过电压水平，采用电阻器接地方式可以降低系统的过电压水平，:研究表明：当XC/XR<0.25时，系统的过电压水平达到3.5倍；XC/XR≥1时，系统的过电压水平基本变化不大；当XC/XR≥2时系统的过电压水平基本不变。工程上一般取IR=（1.5～2）×IC。

接地电阻阻值选取，XC/XR的大小与过电压倍数关系如表1所示。

表1 XC/XR的大小与过电压倍数关系

电阻的容量应能保证在通过额定电流时持续时间10s情况下能保持热稳定，在中性点偏移2%情况下可以长期运行。

3 接地变压器

3.1 接地变压器工作原理

Z型变压器通常用作对Y/d电力系统二次侧人为制造中性点，接地变由6个绕组组成，每一铁芯柱有两个绕组，然后反极性串联成曲折形的星形绕组：即A1绕组的末端和B2绕组的末端相连；即B1绕组的末端和C2绕组的末端相连；即C1绕组的末端和A2绕组的末端相连，然后A2、B2、C2的首端则形成曲折型变压器的中性点；这样连接的好处是正序激磁电流小，正序阻抗大，而零序磁通可沿磁柱流通，零序阻抗较小，零序电流大。接地变除可带接地电阻外，也可带二次负载，可代替所用变，从而节省投资费用。

3.2 绕组电气参数计算

设Ubc2为Z型变压器高压半相线圈相电压；Uob为Z型接地变压器高压整相线圈；Upl为Z型接地变压器高压整相线圈线电压。

相电压电压关系推导如下：

根据电路理论Y接法相、线电压数量关系知：

在Z型接地变压器中，高压半相线圈的相电压为线电压的1/3 。

3.3 接地变压器短路容量问题

3.3.1 短路电流计算

设中性点接地电阻为R，接地变每相零序电抗为X0；如忽略零序电抗对单相接地短路电流的影响，则零序电流3I0=Uph/R。如考虑零序电抗对单相短路电流的影响，则3I0=Uph/（R+jX0/3），注意单相零序电抗值转化为等值系统零序电抗值时有系数1/3。

上述式中Uph为系统相电压。

表2 典型额定电流计算

由表2可知：接地变压器每相零序电抗值对单相短路电流有影响，一般在1%～5%之内，基本可以忽略。即便如此，每相零序电抗值仍然是重要的电气参数，在制造过程中必须控制，误差应限制在±10%范围之内。

3.3.2 接地变容量选择

根据IEEC的C62.92.3标准关于过载系数的规定，换算变压器的短时容量与持续容量，表3为容量与过载时间对应表。

表3 容量与过载时间对应表

设站用变二次绕组容量为Sz，接地电阻额定发热量为Sr，站用变及接地变压器的一次侧容量Sm至少满足下式要求：

考虑到功率因数一般在0.8以上，工程项目中可用Sm=Sr/ 10.5+Sz来简化，并考虑5%～10%的裕量。

4 使用时常见问题

中性点经地电阻接地后不能通过短时带故障运行来保证供电可靠性，而是靠加强电网结构和提高自动化水平来提高供电的可靠性。否则会出现设备烧毁事故，违背系统增设小电阻接地装置的初衷。在项目使用过程中，设备常见设计、施工问题是：

未考虑电力系统不平衡等因数，电阻长期有小电流通过，造成电阻热疲劳。

中性点接地零序电流互感器虽然接线，但是在保护设备中处于未投入状态，接地电阻柜未设综合测控保护装置或综合测控保护装置未接入电气监控系统。

青山湖绿道环线总长约为43 km，在选线过程中发现环湖一带有较多的原有机耕路，约占绿道线路总长的30%，在绿道实际建设中，设计师对该部分机耕路进行二次利用，并借道部分市政道路，以更低碳、生态化的手段进行建设，并针对湖面浅滩地带等生态敏感性区域因地制宜地设置了栈道，保留青山湖自然的气息(图4)。

测温元件安装位置，安装在箱变本体外壳，没起到监测接地电阻本体温度的作用，当实际温度超过允许值时，没有告警、跳闸。

故障录波器未能反映相关告警和有关数据，缺少相关数据基础，且延长了故障处理时间。

保护原则不对，未注意接地变保护装置定值和时间选择与其他设备保护配合问题，造成设备过热损坏。

5 单相接地发生时零序电流的分布

以普通20MWP光伏电站项目的35kV开关站为例，其主接线为单母线接线，含两回集电线路间隔、一回输出线路间隔、一回站用变间隔、一回PT及母线保护间隔、一回SVG补偿柜间隔。设IR=Uph/R，全系统容性接地电流为I∑C，各间隔线路单相接地电容电流ICj，j=1，2，3，…，n。

母线单相接地、线路接地、站用变间隔发生单相金属性接地（过渡性接地时发生的零序电流相适当会小些）时，零序电流有以下分布特点：在非故障线路上有零序电流，其数值为该线路本身电容电流ICj；在故障线路上（不包括接地变间隔），零序电流为全系统非故障元件的对地电容电流以及电阻电流的相量和，即IC=I∑C-ICj+IR；接地变间隔发生单相接地故障，该间隔零序电流全系统非故障元件的对地电容电流，即IC=I∑C-ICj；接地变中性点均有零序电流通过，其值为IR。

6 零序保护定值设置

6.1 馈线整定

1）零序过流I段

（2）考虑到发生过渡性(高电阻)接地，零序过流I段的定值I1＝（0.2～0.3）IR，当系统的IR较小时，可以考虑适当放大I1；对于纯电缆系统In可以取值大一些，对于架空或者混合系统I1可以取值低一些；

（3）一般而言，所有馈线的零序过流定值相同；

（4）零序过流I段的时间可以整定T1=0.2～0.3s。

2）零序过流II段

（1）零序过流II段可以考虑按照躲过本回路的电容电流，一般取I2>（1.5～2）ICj（ICj是本馈线的电容电流），这里需要知道每条线路的电容电流；对于电容电流最大的线路该值可能比较大；

（2）由于系统运行方式的变化，馈线的电容电流可能变化，一般对于所有馈线的定值相同，但是这种情况下需要考虑避开单回馈线的电容电流最大值；

（3）零序过流II段的定值一般小于零序过流I段的定值，I2＝（0.2～0.5）I1，对于架空线路或者架空电缆混合线路，I2取值较低；

（4）零序过流II段的时间可以整定T2=1～1.3s，常规时间级差为0.5～1s，而且时间大于馈线电流II段的动作时间；

3）馈线保护：馈线的速断、过流保护、重合闸保护按常规配置。

6.2 接地变整定

1）高压侧零序或者电阻中性点CT的保护定值主要作用是母线接地保护和作为馈线保护的后备保护，同时考虑躲开系统的不平衡电流，同时在时间上和馈线零序过流II段配合；

2）3 Io的定值小于馈线零序过流II段的定值，一般设为10s额定电流的5%；

3）高压中性点零序保护时间：一般为 1.5～2s，和馈线零序过流II段的时间配合，时间级差为0.5～0.7s；

4）中压中性点零序保护跳开接地变的同时，还需要依次跳开相连的母联开关并且闭锁备自投、主变的出线开关（对于有接地变的系统），时间级差为0.5s；对于直接从主变中性点引出的系统：应该依次跳开相连的母联开关并且闭锁备自投、主变的出线开关；

5）接地变本身的保护：过流和电流速断保护，按照相间短路和低压侧短路考虑，接地变压器保护需要关闭重合闸。

【1】弋东方.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1989.

【2】王鑫.DL/T5222导体和电器选择设计技术规定[M].北京：中国电力出版社，2005.

【3】平绍勋.接地变压器及其容量计算方法[J].变压器，2000，37（4）：17-19.

【4】孙美君，等.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006.

Application of PV Power Station Grounding

HEChao-yang,XUDian-fei,XUKe
（SuzhouIcahnEnergyEngineeringConstructionTechnologyCo.Ltd.,Zhangjiagang215600,China）

This paper introduced photovoltaic power systemneutral grounding selection, and also presented the capacity calculation and selectionmethod of neutral point resistance and grounding transformer, pointed out actual common questions on the project, proposed the principle of zero-sequence protection and coordination.

resistance;zero-sequence;groundingtransformer;capacity;protection

TU271.1

A

1007-9467（2016）07-0068-02

2016-6-23

何朝阳（1974～），男，浙江诸暨人，高级工程师、国家注册发输电、供配电工程师，从事电力工程设计研究，（电子信箱）hechaoyang@akcome.com。