石 巍，胡凌波，張彥昌

(中南電力設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行方式和國(guó)網(wǎng)公司的《反措》要求，針對(duì)目前分布式電源的并網(wǎng)特點(diǎn)，從電網(wǎng)供電的可靠性和分布式電源的設(shè)備運(yùn)行可靠性兩個(gè)方面進(jìn)行分析，當(dāng)分布式電源并網(wǎng)時(shí)與電網(wǎng)接地方式不一致時(shí)，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(yuǎn)距離傳輸、大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)發(fā)電形式，以燃料電池、生物質(zhì)能、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)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(jì)、高效、可靠的獨(dú)立電源。

分布式能源是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)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(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應(yīng)對(duì)式設(shè)計(jì)和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對(duì)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(diǎn)，其運(yùn)行方式和電網(wǎng)的運(yùn)行方式不完全一致，主要表現(xiàn)在分布式電源對(duì)接地方式的要求和電網(wǎng)對(duì)接地方式的要求不一致，導(dǎo)致其在并網(wǎng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)的一些問題。本文主要針對(duì)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(yīng)的解決方案。

1　分布式并網(wǎng)相關(guān)政策

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》(Q/GDW 480—2010)的要求，分布式電源并網(wǎng)時(shí)應(yīng)滿足相關(guān)的接入系統(tǒng)原則。

(1)并網(wǎng)點(diǎn)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(yùn)行。

(2)當(dāng)公共連接點(diǎn)處并入一個(gè)以上的電源時(shí)，應(yīng)總體考慮它們的影響。分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%。

(3)分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)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(jí)宜按照：200 kW及以下分布式電源接入380V電壓等級(jí)電網(wǎng)；200 kW以上分布式電源接入10kV(6kV)及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分布式電源采用低一電壓等級(jí)接入優(yōu)于高一電壓等級(jí)接入時(shí)，可采用低一電壓等級(jí)接入。

除上述并網(wǎng)原則外，分布式電源還應(yīng)具有防孤島保護(hù)功能，同步電機(jī)、異步電機(jī)類型分布式電源，無(wú)需專門設(shè)置孤島保護(hù)，但分布式電源切除時(shí)間應(yīng)與線路保護(hù)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(cè)孤島且監(jiān)測(cè)到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島保護(hù)應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)相配合。

根據(jù)并網(wǎng)原則，分布式電源裝機(jī)規(guī)模在200 kW以上時(shí)采用10kV(6kV)及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。分布式電源一般采取一級(jí)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(jí)是10kV和35kV。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)》，風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)單相故障應(yīng)快速切除。匯集線系統(tǒng)應(yīng)采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地方式，不應(yīng)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(shí)，應(yīng)能通過(guò)相應(yīng)保護(hù)快速切除，同時(shí)應(yīng)兼顧機(jī)組運(yùn)行電壓適應(yīng)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(shí)，應(yīng)能可靠選線，快速切除?！斗创搿访鞔_了匯集線系統(tǒng)在單相接地故障時(shí)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(diǎn)低電阻接地。

目前國(guó)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(shí)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(shí)短時(shí)間運(yùn)行。分布式電源與中壓配電網(wǎng)的接地方式不一致，將導(dǎo)致分布式電源的并網(wǎng)出現(xiàn)問題，改變電網(wǎng)的運(yùn)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(shè)計(jì)方案

2.1從電網(wǎng)供電的可靠性進(jìn)行分析

(1)電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的運(yùn)行方式，當(dāng)分布式電源并網(wǎng)時(shí)，僅增加通過(guò)電網(wǎng)低電阻的接地電流而不改變電網(wǎng)運(yùn)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(duì)電網(wǎng)也沒有影響。

(2)電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，當(dāng)分布式電源的單相接地故障電容電流較小時(shí)，僅增加電網(wǎng)消弧線圈的補(bǔ)償容量而不改變電網(wǎng)運(yùn)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(dāng)集電線路以電纜線路為主或電纜和架空線混合時(shí)，由于電纜發(fā)生單相接地故障的特點(diǎn)，單相接地故障易發(fā)展成為相間短路故障，會(huì)導(dǎo)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地的運(yùn)行方式，當(dāng)分布式電源的單相接地故障電容電流較大時(shí)，為了抑制由單相接地故障電容電流產(chǎn)生的弧光過(guò)電壓，需要采用低電阻接地方式，當(dāng)某一回線路單相接地故障時(shí)，保護(hù)立即動(dòng)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(dāng)電網(wǎng)中的線路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，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(huì)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(guān)，這會(huì)導(dǎo)致分布式電源的停機(jī)，影響其發(fā)電量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(diǎn)電阻，讓系統(tǒng)運(yùn)行在不接地方式，同時(shí)單相接地故障電容電流較大，會(huì)導(dǎo)致故障接地點(diǎn)不能熄弧，產(chǎn)生弧光過(guò)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(yùn)行。

通過(guò)以上分析，可以得出當(dāng)電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地的運(yùn)行方式時(shí)，由于其運(yùn)行方式和《反措》的意見不一致，因此不能同時(shí)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(tái)隔離變壓器，把兩個(gè)不同接地方式的電網(wǎng)隔離起來(lái)。采用隔離變壓器的方案一方面可以保證電網(wǎng)側(cè)供電的可靠性，單相接地故障短時(shí)間運(yùn)行，另一方面可以保證分布式電源側(cè)的設(shè)備安全，在單相接地故障時(shí)立刻切除故障。但是增加隔離變壓器也會(huì)帶來(lái)變壓器布置位置、變壓器噪音和損耗等一系列問題。

2.2設(shè)備運(yùn)行可靠性分析

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

(1)電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，允許單相接地故障時(shí)短時(shí)間運(yùn)行。此時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)中的電容電流是大于內(nèi)燃機(jī)輪機(jī)發(fā)電機(jī)所允許的電容電流值。當(dāng)單相接地故障發(fā)生在電網(wǎng)中時(shí)，發(fā)電機(jī)定子回路的電容電流可能會(huì)超過(guò)允許值(和發(fā)電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)有關(guān))；當(dāng)單相接地故障發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)部時(shí)，此時(shí)電容電流大于發(fā)電機(jī)所允許的電容電流值，發(fā)電機(jī)必須瞬時(shí)切機(jī)。按照《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》的要求，發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生單相接地故障要求瞬時(shí)切機(jī)時(shí)，宜采用高電阻接地方式。電阻器一般接在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(gè)經(jīng)高阻接地點(diǎn)的，因此只能在發(fā)電機(jī)出口增加一套零序保護(hù)裝置，這套裝置在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)都會(huì)動(dòng)作，對(duì)分布式能源的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

(2)電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的運(yùn)行方式，當(dāng)任何一條線路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，保護(hù)會(huì)立即動(dòng)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(gè)經(jīng)高阻接地點(diǎn)的，因此也只能在發(fā)電機(jī)出口增加一套零序保護(hù)裝置，這套裝置在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)都會(huì)動(dòng)作，同樣會(huì)對(duì)分布式能源的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

通過(guò)以上分析，可以得出電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的運(yùn)行方式還是采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式時(shí)，分布式電源為了保護(hù)其發(fā)電機(jī)設(shè)備，需要在發(fā)電機(jī)出口增加一套零序保護(hù)裝置，這套零序保護(hù)裝置在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)都會(huì)動(dòng)作，這會(huì)影響分布式能源的正常運(yùn)行。這種情況也可以考慮增加一臺(tái)隔離變，把發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和電網(wǎng)隔離開，形成兩個(gè)不同的接地系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)再根據(jù)計(jì)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(jī)和并網(wǎng)點(diǎn)之間，形成分布式電源的發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的隔離。當(dāng)采用第一種布置方式時(shí)，分布式電源的單相接地電容電流可能會(huì)超過(guò)發(fā)電機(jī)允許值，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)需要采取高阻接地方式。當(dāng)采用第二種布置方式時(shí)，分布式電源的單相接地電容電流可能不會(huì)超過(guò)發(fā)電機(jī)允許值，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采取不接方式。因此，當(dāng)分布式電源中燃機(jī)發(fā)電機(jī)數(shù)量較多或饋線回路較多時(shí)，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(jī)和并網(wǎng)點(diǎn)之間。

3　結(jié)論

綜上所述，從電網(wǎng)供電的可靠性和分布式電源的設(shè)備運(yùn)行可靠性兩方面進(jìn)行分析，當(dāng)分布式電源與電網(wǎng)的接地方式不同且運(yùn)行方式不一致時(shí)，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(yùn)行和分布式電源的設(shè)備安全可靠。

[1] 梁振鋒，楊曉萍，張娉. 分布式發(fā)電技術(shù)及其在中國(guó)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(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

[4] Q/GDW 480－2012 分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)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(jí)工程師，從事發(fā)電廠及新能源項(xiàng)目的電氣專業(yè)設(shè)計(jì)工作。