摘要：近年来，海上风电发展迅速，海上升压站35kV侧中性点一般采用低电阻接地，本文列举了几种主接线方式，并对其特点和保护配置方便做了分析，可供后续项目参考。
关键词：海上风电；低电阻；接线方式
ABSTRACT: In recent years, offshore wind power has developed rapidly. The neutral point of the 35kV side of the offshore booster station is generally grounded with low resistance. This paper lists several main wiring methods, and analyzes its characteristics and protection configuration. It can be used as reference for subsequent projects.
KEY WORD: offshore wind power；low resistance grounding；wiring methods
1 引言
近年来，国内海上风电发展迅速，沿海地区如江苏、浙江、福建、河北、辽宁、广东等有多个工程已投运或建设中。海上风电容量较大，一般为150MW~400MW之间，目前一般在60公里内的近海海域，在海上建设有升压站。
海上升压站位置孤立，海上天气变化不定，发生事故时逃生和救援难度较大。海上升压站一般是无人值班，发生故障主要靠设备自动处理。
设计和运行方需要考虑主变低压侧（一般为35kV）单相接地故障时的保护动作行为，避免事故扩大，保证海上平台运行安全，同时也需考虑造价和发电的经济性。本文分析了海上升压站35kV侧中性点低电阻接地的不同主接线方式的特点和保护的配置方案，供后续项目参考。
2 采用低电阻接地的原因
电网调〔2011〕974号《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》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。”
海上升压站连接的都是电缆线路，风电场容量大，电缆线路长，35kV系统电容电流较大，且故障多为永久性故障，故不采用经消弧线圈接地方式。根据GB/T 50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》3.1.4中规定：“6kV~35kV主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电场集电系统和除矿井的工业企业供电系统，当单相接地故障电容电流较大时，可采用中性点低电阻接地方式。变压器中性点电阻器的电阻，在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下宜选较大值。”
小电阻为中性点回路提供了足够大的电阻性电流，改变了接地电流相位，降低了纯容性电流造成短路过程中的重燃电弧电流的概率，保证断路器有效灭弧。采用中性点经小电阻接地方式，故障线路跳闸能够有选择地快速切除故障，降低过电压水平，有效保护设备绝缘，减少设备绝缘老化，延长设备使用寿命，提高系统的可靠性。同时，可靠切除风电场内故障,确保系统安全稳定运行，将事故限制至最低限度[1]。
3 几种中性点低电阻接地的主接线方式
现有海上风电35kV接地变一般采用Z型接线（或称曲折型接线）变压器，特点是零序阻抗小、空载损耗低。
目前国内海上风电的海上升压站基本采用35kV升压到220kV方式，故下文均以此电压等级来分析。
3.1 方式一
主变接线方式为Y/△，低压侧单分支，接地变通过断路器连接在低压母线上；或者主变接线方式为Y/△/△，低压侧双分支。图1所示为低压侧单分支接线。
此方式早期应用较多，目前也在一些项目上使用。
此时接地变和站用变可分别配置，也可采用接地变兼做场用变配置方式，节省投资。因海上风电容量较大，一般有两台主变运行，35kV侧至少两段母线，一般有两台接地兼场用的变压器，母线间有分段断路器，综合考虑经济型和可靠性，一般采用接地变兼做场用变方式。
因主变低压侧CT变比较大，低压侧自产零序电流一般难以满足保护动作灵敏度要求，当接地变退出运行且主变运行时，在主变低压侧引线或35kV母线单相接地时，无保护跳闸，存在安全隐患。鉴于此，建议接地变动作后联跳主变高压侧，以便快速切换故障，保证电气设备和人员安全。
图1 方式一
Fig.1 Method 1
当线路和母线发生单相接地故障时，主变回路的CT基本无零序电流流过，只有接地变、小电阻和线路CT（线路故障时）有零序电流流过，接地变压器零序保护可以作线路故障后备保护。开关、母线等裸露的带电部分应采用热塑材料加以封闭以尽量减少这部分设备的故障可能性[2]。
保护配置方面，主变保护采用常规配置， 220kV及以上电压等级变压器按双重化原则配置主、后备一体的电气量保护，同时配置一套非电量保护；110kV电压等级变压器配置主、后备一体的双从化电量保护或主、后备独立的单套电气量保护，同时配置一套非电量保护[3]。接地变独立配置保测一体装置并安装于开关柜。
图2 方式二
Fig.2 Method 2
3.2 方式二
主变接线方式为Y/△，低压侧单分支；或主变接线方式为Y/△/△，低压侧两个分支，此时在方式一的基础上在变压器低压侧增加了独立的零序CT，此CT变比较小，主变低压侧引线单相接地故障时保护有足够的灵敏度，可快速跳主变。图2所示为低压侧双分支接线。
因海上升压站一般两台主变，此方式则对应四段35kV母线，所以共只需两台接地变兼场用变，另外两台只是接地变。
保护配置方便，主变低压侧单分支时，对于220kV变压器可采用国网新六统一标准保护装置，把主变低压侧专用的零序电流接入中压侧零序电流通道，或者接入接地变零序电流通道（这时需选配J）[4]。主变低压双分支时，也可采用国网新六统一标准装置，但必须选配J，可把两个分支的零序电流分别接入中压侧零序电流通道和接地变零序电流通道。接地变（或兼场用变）独立配置保测一体装置并安装于开关柜。
3.3 方式三
主变接线方式为Y/△，接地变直接连接或者通过隔离开关连接在主变低压侧引出线上（次级首端）。如下图3。
图3 方式三
Fig.3 Method 3
此方式接地变和主变同时投入和退出，简化了现场的操作，主变运行时，主变低压侧引线或35kV母线单相接地故障时，保护均能可靠动作，提高了海上平台的运行安全性。
但此种方式接地变不应兼做场用变，需要独立配置场用变。因为若接地变兼场用变时，当场用变低压侧出线异常或故障需要退出运行时，会造成主变停运，影响发电输出，降低了可靠性。因场用变单独配置，增加了一次设备和二次设备，增加了造价。
接地变全回路处于主变的差动保护范围内，线路和母线发生接地故障时，主变回路和接地变回路的CT均有零序电流流过，主变压器差动保护应剔除或躲过该部分的零序电流，防止差动区外误动。国网新六统一规范中要求：“220kV变压器低压侧引线配置接地变时，采用星转角方式的差动保护装置，应采用软件消零” [4]。当主变低压侧引线单相接地故障时，此时在主变差动保护范围内，差动保护正确动作。所以此种主接线方式可区分主变低压侧引线故障还是引线之外。
保护配置方面，接地变无需单独配置保护装置，对于220kV变压器可直接采用国网新六统一标准保护装置，同时选配J，把接地变的三相电流和零序电流直接接入保护装置对应电流通道。场用变应独立配置保测一体装置并安装于开关柜。
3.4 方式四
主变接线方式为Y/△/△，低压侧两个分支，每个分支均有接地变直接连接或者通过隔离开关连接在主变低压侧引出线上。如图4。
此方式运行更灵活，保护更可靠。主变低压侧可以单分支运行，保证发电量的有效输出，同时当不运行的分支引线发生单相接地故障时，接地变零序保护仍然可以通过跳主变各侧来切除故障。
保护配置方面，国网新六统一标准的220kV主变保护装置已不能满足，有如下三种方案可选择。
（1）在国网新六统一标准装置上做特殊开发，把两台接地变的速断、过流和零序过流保护均包含其中。
（2）主变保护采用国网新六统一标准装置，保护装置中不包含接地变的保护。接地变独立配置保护装置，单套保测一体装置并安装于开关柜。
（3）主变保护采用国网新六统一标准装置，保护装置中不包含接地变的保护。接地变独立配置保护装置，每台接地变双套配置。因目前海上平台35kV开关柜内空间较小，尤其采用充气柜时无法安装两台综保装置，所以接地变保护可与主变电量保护同组一面屏。
对于此方式，需要指出的是，设计院和业主应提前咨询电网调度对于保护配置方案的意见，根据电网调度的管理要求适当选择保护配置方案。
图4 方式四
Fig.4 Method 4
另外，对于以上各接线方式需要说明的是，为防止单相接地故障时相过流保护的误动，满足保护选择性的要求，保护配置和定值整定方面需要注意相互配合。当接地变保护包含在主变保护装置内时，根据国网新六统一规范要求：“220kV变压器低压侧配置接地变时，接地变相间后备保护应采用软件消零” [4]。所以国网新六统一主变保护装置已满足要求。当单独配置接地兼站用（场用）变的保护装置时，若装置没有采用软件消零，则速断保护定值应大于接地变压器的零序电流保护值，时间取0s不变；过流保护定值应大于站用变的额定电流值，时间大于接地变压器零序电流保护的动作时间。这样既可以保证站变压器在发生较严重的故障时保护快速动作，又可以避免单相接地故障时速断保护及过流保护的误动[5]。在国网Q/GDW 10767—2015《10kV～110（66）kV元件保护及辅助装置标准化设计规范》中，接地变保护定值控制字中有“相过流消零”，用于接地变时，投入此控制字，过流保护软件计算时会滤除零序电流，简化整定配合，提高保护的灵敏度。
4 结语
海上升压站主变低压侧中性点低电阻接地有多种主接线方式可选择，每种方式各有自己的特点，设计单位和业主需要从经济性、运行灵活可靠性、设备和人员安全、保护配置和电网调度管理方面综合考虑，选择适合的方式。
参考文献
[1]吕仁帅, 赵鹏, 等. 风电场35kV系统中性点接地设计方案分析 [J]. 电力与能源. 第35卷第1期 2014.2.
[2] Q/GDW-10-375-2008 《中压系统中性点接地方式选用技术导则》 [S]. 江苏省电力公司企业标准[3] DL/T 1631-2016 《并网风电场继电保护配置及整定技术规范》 [S] .
[4] Q/GDW 1175—2013 《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》 [S].
[5]胡森, 张磊, 等. 风电场集电线路小电阻接地系统的工程应用 [J]. 华电技术. 第36卷第9期2014.9.
作者简介
徐华斌（1982-），男，河南沈丘人，本科，工程师，主要从事新能源和电厂继电保护和监控系统设计工作。
论文作者:徐华斌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：方式论文; 低压论文; 电流论文; 故障论文; 接线论文; 海上论文; 单相论文; 《电力设备》2019年第16期论文;