光伏发电收益计算

　　：风力和光伏发电系统中变压器35 kV侧绕组主要采用D型接线方式，当发生单相接地故障时，容性电流过大通常会导致暂时过电压破坏设备绝缘。工程应用中通常采取接地变压器创造一个人为的中性点，然后通过消弧线圈或小电阻接地。小电阻接地具备能快速切除故障和抑制过电压的特点，因此在工程中得到了广泛的应用。本文将介绍接地变的工作㊣原理，并给出接地电阻值和接地变容量选择的依据。

　　风力和光伏发电系统集电线路常常采用电缆的形式汇集电能。35 kV 电压等级㊣集电线路使用电缆直埋敷设，其对地电容电流约为架空集电线 倍。因此，当大量采用电缆输送电能，在发生单相对地短路时，故障点会产生暂时过电压，从而损坏电缆绝缘[1]。若发生故㊣障不✅能㊣及时处理，将会导致事故扩大光伏发电收益计算，造成更大的经济损失。根据《交流电气装置过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064—2014），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。并要求中性点接地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选择较大阻值。在国家电网有限公司颁布的《防止风电大面积脱网重点措施》中要求，风电场应采取切实有效的措施，确保汇集线系统故障快速切除，防止扩大恶化。对新建风电场，建议汇集线系统采用经电阻接地方式，并配置单相接地故障保护。本文对接地变压器和中性点接地电阻值选择过程进行分析计算，总结出几种风力和光伏发电系统中常见的接地变和接地电阻选型结果。

　　在实际的㊣工程应用中光伏发电站接线图，国内大多数集中并网的风力和光伏发电站都采用35 kV 电压等级汇集电能至升压站主变低压侧进行升压后送出，而主变35 kV 侧通常为D型接线，无中✅性点引出。因此，需要人为地创造一个中性点，使得35 kV 系统具备中性点接地的条件。ZN型接线的变压器通常作为接地变的最佳选择[2-3]，其结构如图1 所示。

　　由图1 可知，接地变铁芯由3 个芯柱构成，每个芯柱上绕有两段绕组，两段绕组之间极性相反，并且在A”，B”，C”等处形成中性✅点，连成星型接线 kV 侧发生单相接地故障时，根据对称分量✅㊣法将短路电流分为正序分量、负序分量和零序分量。对于正序和负序电流来说，接地变压器相当于处于空载状态，接地变压器励磁阻抗较大，流过很小的励磁电流，接地变在此联结状态下的正序和负序阻抗约等于励磁阻抗，对地相当于开路。对于零序电流，其在三相绕组中相位和大小相同，由于每个芯柱上两段绕组的极㊣性相㊣反，故其产生的磁通相互㊣抵消，磁阻较小，流过中性点✅的容性电流为三相容性电流之和。所以ZN 型接地变压器对零序电流为低㊣阻抗，零序电流可㊣以顺利流向中性点，对地相当于短路。风电和光伏发电站系统中，场区箱式变压器的联结方式通常为Dyn11，而110 kV 及以上电压等级的升压站主变压器联结方式通常为YNd11。故，风力和光伏发电系统中35 kV 侧发生单相接地故障时，零序电流不能在箱变和主变压器中流通，仅通过接地变中性㊣点流向大地。而正序和负序电流则通过箱变和主变流向系统。因此可以得出影响35 kV 侧中性点电流大小的因素主要包括中性点接地电阻和接地变零序阻抗（通常忽略不计）的大小。

　　电力线路的电纳取决于导线周围的电场分布情况，由于线路中交流电的周期性变化，因此在电力线路与地之间形成规㊣律性充放电的过程，进而形成电力线路对地的容性电流。

　　在风力和光伏发电系统中，通常✅会将集电线% ㊣以内，因此通常压降忽略不计，在计算过程中取线路平均电压进行计算。对于额定线 kV 的电力线路，取线 kV。

　　式中，Ic 为单相✅接地电容电流，A/km；Uav ㊣线路平均线电压，kV；C 为㊣单相对地电容，μF/km；ω 为系㊣统角频率；L 为电缆长度。电缆在汇集电能后通过变电站统一送出，因此需考虑变电站对增加接地电容电流的影响。额定电压为35 kV 的线路，其带来的附加值按照13% 计算[4]。

　　根据㊣理论分析和运行经验表明，对于主要由电缆㊣组成的中压电网，采用低电阻接地方式可瞬时断开故障线]。在中压电网中采用小电阻接地能有效地㊣解决电缆产生的永久型故障和暂时过电压。根据《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T 5222—2005）设计要求，采用低电阻接地时，接地电阻选㊣择计算如式（5）✅~（7）所示：

　　N为中性点接地电阻值，Ω；UN为系统线电压，kV；Id为选定的单相接地电流，A；k 为单相对地接地短路时电阻电流与电容电流的比值；PR 为电阻消耗功率，kW。

　　根据规范《额定电压1 kV(Um=1.2 kV)~35 kV(Um=40.5 kV) 挤包绝缘电力电缆及附件第3 部分：额定电压35 kV(Um=40.5 kV) 电缆》（GB/T 12706.3—2020）中电压实验要求，35 kV 电缆能在环境温度下承受3.5 倍额定工频交流电压5 min，承受2.5 倍额定工频交流电压30 ㊣min。而风力和光伏发电系统中35 kV 集电线路电缆发生单相接地故障时，要求系统能及时切除故障，通常集电线路后备保护的动作时间不超过2 s。因此，当k ≥ 1 时，可保证电缆在暂时过电压下绝㊣缘不被击穿。在规范《配电系统中性电接地电阻器》（DL/T780—2001）中，推荐通过电✅阻器的额定电流有3、7、16、25、50、100、200、400、630、800、1 ✅250、1 600、2 000 A。对于本文研究㊣的内容来说，IC ＞ 10 A。在工程实际中，通常取电阻器通过的额定电流为100 ～ 630 ✅A，根据式（6），取UN 为35 kV，则得出中性点电阻在不同入地电流下的取值如表1 所示。

　　在集中并网型风力和光伏发电站中，根据其工程特点正确选用接地变+ 接地电阻接地方式可快速地切除集电线路产生的接地故障。不仅如此，接地变+ 接地电阻接地方式能够最大限度地抑制暂时过电压，避免因电缆绝缘受损而导致事故扩大。本文根据这一特点，不仅提供了接地电阻和接地变选择的基✅本计算方法，还推荐了工程应用中几种常见的接地电阻值和接地变容量选择，以供工程技术人员参考。