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新能源發(fā)電小電流接地系統(tǒng)的接地保護改進

文檔作者：俞立凡1 程途2 文檔來源： 1.杭州華電下沙熱電有限公司 2.江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年07月28日
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電力安全技術 第20卷(2018年第10期)
50
俞立凡1，程 途2
(1.杭州華電下沙熱電有限公司，浙江 杭州 310018；
2.江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213000)
新能源發(fā)電小電流接地系統(tǒng)的
接地保護改進
0 引言
近幾年來，全國的霧霾天氣日漸增多，引發(fā)了
國家對可再生能源的重視，風電、光伏發(fā)電得到了
快速發(fā)展，特別是受光伏組件成本的降低及國家扶
持政策的影響，光伏電站取得了快速發(fā)展。
其中，中型的風力、光伏電站一般采用10—
35 kV 小電流接地系統(tǒng)并網。按照電力系統(tǒng)的常規(guī)
做法，此系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，一般允許繼續(xù)運行
一段時間，以保證用戶的供電連續(xù)性。但由于新能
源電站受外界發(fā)電條件制約較多，電網對新能源電
站的依賴性不強，所以在接地故障發(fā)生后，保護是
按常規(guī)繼續(xù)運行一段時間，還是投跳閘，意見不統(tǒng)
一。因此需要通過分析，找出合理的方案。
1 10 kV 系統(tǒng)接地的危害
眾所周知，在10 kV 小電流接地系統(tǒng)中，如發(fā)
生單相金屬性接地時，接地相的對地電壓降到0；
非接地相的對地電壓升高為線電壓，PT 三角開口
電壓達到零序電壓繼電器動作條件，發(fā)出接地信號。
因三相的線電壓仍保持對稱，所以三相線電流保持
不變，不影響對電網的供電。
若線路經過高電阻或弧光接地時，中性點電位
偏移，此時相電壓表現(xiàn)為一相降低，但不為0；另
外兩相升高，大于相電壓額定值，但達不到線電壓
額定值；PT 三角開口電壓大于整定值，零序電壓
繼電器動作，發(fā)接地信號。因其三相線電壓也保
持對稱，故接地線路一般仍可以繼續(xù)保持運行1—
2 h。
某光伏電站曾因單相電纜絕緣損壞接地，造成
本身電纜燒損，相鄰2 根電纜都受到電弧高溫灼傷，
外護層均出現(xiàn)大面積的碳化(見圖1 )。
圖1 電纜燒損情況
保護裝置信號記錄如下：
16:36:30，總告警動作；
16:36:30，零序三段告警動作；
16:44:30，過頻一段動作發(fā)生；
16:44:30，TWJ 動作。
可見，接地電弧燃燒的時間并不長。
理論上，接地故障時過頻保護不會動作，接地
電弧將一直燒到兩相短路，直到過流保護或速斷保
護動作為止。但實際上，由于發(fā)生了接地電弧，不
〔摘 要〕 針對新能源電站10 kV 系統(tǒng)發(fā)生接地故障后保護是繼續(xù)運行一段時間還是投跳閘的
問題，分析了10 kV 系統(tǒng)接地的危害，從保設備及無人或少人值班的實際情況出發(fā)，得出10 kV 系
統(tǒng)接地后，可靠、快速切除故障是較為合理的方案，供相關電站參考。
〔關鍵詞〕 新能源發(fā)電；10 kV 系統(tǒng)；接地保護；故障切除
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第20 卷(2018 年第10 期) 電力安全技術
穩(wěn)定的間歇性電弧多次不斷地熄滅和重燃，在故障
相和非故障相的電感電容回路上會引起高頻振蕩過
電壓，最終工頻疊加電弧放電的頻率，觸發(fā)過頻保
護動作跳閘，但它具有一定的偶然性。
從接地發(fā)信到跳閘僅僅8 min，電弧就將電纜
燒成這種狀態(tài)的原因是：絕緣損壞是一個漸進的過
程，在接地保護發(fā)信之前，電弧可能已經慢慢出現(xiàn)，
實際弧光出現(xiàn)的時間可能比8 min 要長。
通過保護裝置自帶的錄波功能查看可知，此次
故障相電流達到16.8 A，非故障相電流為6 A( 二
次值I a=I c=0.1 A，I b=0.28 A，CT 變比300∶5)；
故障相電壓2 kV，非故障相電壓11 kV。
雖然10 kV 線路單相接地時允許繼續(xù)向電網供
電，但這時非故障相電壓會升高，很可能擊穿其他
絕緣薄弱點，從而引起電纜兩相接地短路故障，對
電網、設備造成更大損壞。因此，需要在較短的時
間內消除接地故障。
2 新能源電站接地保護跳閘的必要性
根據光伏電站的設計規(guī)范，光伏發(fā)電控制方式
宜按無人值班或少人值守的要求進行設計。所以，
光伏電站一般白天有人值班，晚上因為沒有太陽不
能發(fā)電，不安排值班人員；或者采用遠傳監(jiān)控方式，
多個電站集中監(jiān)控，現(xiàn)場不安排值班人員。因此，
若發(fā)生接地故障，現(xiàn)場的間歇性電弧是很難被及時
發(fā)現(xiàn)的，而電弧對設備、周圍房屋是一個重大火災
隱患；且在發(fā)生單相接地時，若不能可靠熄弧，易
發(fā)展成為相間短路，危害更大。
另外，《西北區(qū)域光伏電站并網管理暫行規(guī)定》
已經明確要求：光伏電站10—35 kV 饋線發(fā)生單相
接地故障時，須可靠、快速切除故障。
所以，考慮到新能源電站的無人或少人值班現(xiàn)
狀，當10 kV 系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，應讓繼電保護
自動切除接地線路，待運檢人員到現(xiàn)場后再檢查或
恢復運行等。而且，考慮到新能源電站的供電可靠
性有別于常規(guī)電廠，從保護設備的原則出發(fā)，發(fā)生
接地故障后也應可靠、快速切除故障。就算采用遠
傳監(jiān)控的光伏電站，在發(fā)生接地故障后，也需要在
2 h 內查出故障線路，然后作停役處理。因為靠人
為快速判斷、切斷故障線路有一定難度，故應考慮
采用自動方式可靠、快速切除故障。
最后，對于不能在8 h 內切除接地故障的新能
源電站，其電纜選型需提升標準，增加設備投資
費用。特別是采用遠傳監(jiān)控的，很可能要大于8 h
后才能派人去現(xiàn)場處理。例如：寧波杭州灣1 個
10 MW 的屋頂光伏電站和湖州南洵1 個15 MW 的
屋頂光伏電站，都是杭州華電下沙熱電有限公司通
過遠傳監(jiān)控的；若有異常情況，需要第2 天才能派
員到現(xiàn)場處理。
因此，當新能源電站10 kV 系統(tǒng)發(fā)生單相接地
故障時，可靠、快速切除故障成為必要。
3 可靠的接地保護實現(xiàn)方式
在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，
非故障線路零序電流的大小等于本線路的接地電容
電流，故障線路零序電流的大小等于所有非故障線
路的零序電流之和，也就是所有非故障線路的接地
電容電流之和。通常故障線路的零序電流比非故障
線路零序電流大，這樣由于每個回路的電纜長度不
同、電纜截面不同，每個回路的對地電容電流也不
同。因此，單靠零序電流保護，會造成開關誤動，
故需要增加方向閉鎖。即：在中性點不接地的電網
中發(fā)生單相接地故障時，非故障線路的零序電流超
前零序電壓90°，故障線路的零序電流滯后零序電
壓90°，故障線路的零序電流與非故障線路的零序
電流相位相差180°。根據這一原則，可以利用零
序方向元件區(qū)分出接地故障線路。因此，保護測控
裝置單相接地選線的判斷條件為
(1) 零序電流(3I 0) 大于設定值；
(2) 零序電壓(3U 0) 大于設定值；
(3) 零序功率方向滿足。
滿足上述條件且經過設定時間，接地保護動作，
跳開相應回路。
當然，對于沒有方向判斷的保護，也可考慮利
用小電流選線裝置的接地選線功能加零序電流來組
合。即：單相接地選線的判斷條件為
(1) 零序電流(3I 0) 大于設定值；
(2) 零序電壓(3U 0) 大于設定值；
(3) 接地選線條件滿足。
滿足上述條件且經過設定時間，接地保護動作，
跳開相應回路。但這僅僅是理論上的，具體應用還
需要優(yōu)化。采用零序方向保護方式可以滿足電網要
電力安全技術 第20卷(2018年第10期)
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徐光明1，董培欣2，彭學文2
(1.中國特種設備檢測研究院，北京 100029；
2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)
凝汽器新管腐蝕泄漏原因分析
0 概述
某在建2×1 000 MW 火力發(fā)電廠鍋爐壓力容
器及其他相關設備的制造質量驗收工作，包括凝汽
器管子的渦流檢測驗收。1 號小機凝汽器換熱器管
材質為TP304 不銹鋼，規(guī)格為Φ25×0.5/0.7，安
裝時間為2017 年4 月初。安裝時管子架在管板上，
并在焊接前全部進行了渦流檢測，發(fā)現(xiàn)了少量因外
壁碰傷造成的凹陷管，未發(fā)現(xiàn)穿孔類缺陷。
2017 年7 月中旬，在對1 號小機凝汽器汽側
灌水后，發(fā)現(xiàn)泄漏管共計25 根( 1 根壁厚0.7 mm，
其余壁厚均為0.5 mm)，其中18 根集中分布，其
余7 根分散分布。對25 根泄漏管進行渦流復檢，
發(fā)現(xiàn)25 根管子均存在典型的穿孔信號，且缺陷信
號強烈、易分辨。
后續(xù)對1 號小機凝汽器8 個水室的換熱管進
行渦流抽檢，未再發(fā)現(xiàn)穿孔類缺陷管。將泄漏管取
出后，發(fā)現(xiàn)泄漏部位均位于汽機房外墻側管板一端
1.5 m 范圍內，穿孔部位均位于管子6 點鐘方向附
近( 管子下側)，且穿孔部位有明顯腐蝕痕跡。因此，
對以上25 根泄漏管進行了更換。
1 宏觀檢查及金屬理化分析
為了查明泄漏原因，電廠委托檢測方對本次
小機凝汽器泄漏換熱管進行宏觀檢查和金屬理化分
析。圖1 為送檢管照片，1 號和2 號管為泄漏管，
3 號管為未發(fā)生泄漏的對比管。
1.1 宏觀檢查
圖2 為1 號送檢管剖開后部分位置宏觀檢查情
〔摘 要〕 某新建火電機組小機凝汽器換熱管安裝后、投運前發(fā)生了腐蝕泄漏，為了找出腐蝕
原因，對泄漏換熱管腐蝕部位進行了宏觀和微觀形貌檢查，對腐蝕產物做了能譜分析; 根據腐蝕形
貌和能譜分析結果，找出了氯離子是導致本次腐蝕泄漏的主要原因，并提出了防范措施和建議。
〔關鍵詞〕 電站鍋爐；凝汽器; 換熱管；腐蝕泄漏；氯離子
求，提高新能源電站的運行安全性。
4 結束語
新能源電站有別與常規(guī)電廠，10 kV 系統(tǒng)接地
故障發(fā)生后，接地保護應可靠、快速切除故障。采
用零序方向保護或零序加接地選線保護等，是較為
合理的，對設備也是安全可靠的，特別適合無人值
守的新能源電站。
參考文獻：
1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國
家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．光伏發(fā)電站設計規(guī)范：GB
50797—2012 [S]. 北京：中國計劃出版社，2012.
2 岳福崗，甄 明，張途晟．10 kV 不接地系統(tǒng)的零序保
護方式[J]．黑龍江電力，2012，34(3)：228-230.
收稿日期：2018-05-19。
作者簡介：
俞立凡(1965—)，男，高級工程師，主要從事發(fā)電廠管理工作，
email：hzylf163@163.com。
程 途(1969—)，男，助理工程師，主要從事燃機技術培訓工
作。

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