浅谈风电机组的接地方式

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[摘 要]现今的电力能源形式分布来看，风电作为新能源电力的主力军之一，已开始改变我们生活，而国内风电技术多为国外整套引进，本文就是根据我国的风区条件，优化和完善风电机组的防雷接地系统。

[关键词]风电机 供电系统 电源变压器

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0220-01

一、风电机组配电系统的接地方式简介

根据国家标准GB50054《低压配电设计规范》的定义，IT系统：电源变压器中性点不接地，而采用电气设备外壳保护接地。根据国内双馈式H93系列风机可以看出在塔基控制柜内变压器出线处引出4根线，L1、L2、L3、N而中性点不接地，因此判断H93系列的风机供电系统的接地方式为IT系统（值得注意的是IEC中IT系统模型并不引出中性线）。H93系列的风机上接地是通过设备外壳与控制柜，控制柜与机架的连接，机架与塔筒，塔筒与接地基础的连接实现的。

二、风机采用IT系统的优势

IT系统的特点就是设备的金属外壳有保护接地，因此在发生第一次相导体对外露可导电部分或对地故障时，故障回路的阻抗主要是非故障相导体与地间的容抗和外露可导电部分接地保护的接地电阻，能够产生的故障电流非常小，不会导致电气事故的发生，也不足以导致回路保护器动作切断电源，IT 系统在发生第一次单相接地故障可持续运行。带故障持续运行的优点是其他系统都不具有的。由于IT 系统电源与地绝缘或经足够高的阻抗接地，人体只要不同时触及不同的导电部分就构不成故障回路，产生的故障电流极小，不会造成危险。相对于其他接地型式，IT 系统在供电安全性方面有很大的优势。但却很少被采用，应用远不如TN、TT 系统广泛。究其原因，主要有：由于IEC 标准建议采用IT 系统时只配出三根相导体而不配出中性导体，长期以来IT 系统都选择不配出中性导体。缺少中性导体IT 系统就不能引出220 V 交流电直接为单相负荷供电，而需通过在相间装设降压变压器220 V 电源。对于风机来说有加热器等单相负荷设备这点是很麻烦的。国家标准GB14821.1-93《建筑物的电气装置、电击防护部分》中规定IT 系统需要采用的保护电器，除了TN、TT 系统也具有的过电流动作保护器和剩余电流动作保护器之外，还有绝缘监测器，而H93系列风机选用了IT系统却没有安装绝缘监测。当发生第一次相导体接地故障后，IT 系统带故障运行，另外两相的对地电压将上升到380 V。如果系统带故障长时间运行，则电缆的电气特性可能受到不同程度的损害。则需采用额定电压为450/750 V 的电缆，而TN、TT 系统则采用300/500 V 的电缆就可以满足要求。

三、IT系统缺陷

IT系统从雷电防护的角度分析存在一定缺陷：从风机所处地理位置来看，我们的风机都安装在空旷的地带，空旷地区的风机遭遇雷击的风险非常大，又因为IT系统低压电网遭遇雷击时，因雷电流难以泄漏而出现雷击过电压，造成低压电网的绝缘击穿；而TN系统对雷电流的泄放能力优于IT系统。

我国诸多风机制造商对IT系统不甚了解，我认为之所使用IT系统，是因为我们的引进的技术设计方是德国，我们并没有因地制宜。

根据现行的国家标准GB50054《低压配电设计规范》中定义TT系统就是电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地的系统。这里设备外漏可导电的部分通过PE线接至与电力系统接地点无关的地，这样就保证了电源侧和各装置出现的故障电压不互窜，但是TT系统并不适用于我们的风机，电力系统的箱式变压器的接地装置与风机基础共地，不容易实现箱式变压器接地与风机接地分离，所以不考虑TT系统。

四、对IT系统的优化

对IT系统的定义在新规范中已经在图示时将IT系统描述为配出中性导体的系统。配出中性导体的IT系统可以通过相导体与中性导体直接引出220 V 交流电源，为单相负荷供电。这样可以解决不配出中性导体的IT系统配电时需要加装降压变压器的问题。传统观点认为IT系统不宜配出中性导体，其原因主要是旧有的绝缘监视装置不能监测到中性导体的接地故障。当中性导体接地后，绝缘监测器不能报警，操作人员不能及时排除故障。如果再一次发生接地故障，则会立即按照TT 系统或TN 系统的保护方式切断电源，失去IT系统供电连续性高的优势。国内风机如果一定要选用IT系统，那么绝缘检测器必须设计在内。

五、新配电系统的引进

就理论而言，个人认为IT和TN-C-S是最佳选择，TN-C-S系统PEN线自A点起分开为保护线（PE）和中性线（N）。分开以后N线应对地绝缘。TN系统当电气设备发生单相碰壳时，故障电流经设备的金属外壳形成对保护线的单相回路，折降产生较大的短路电流，令线路上的保护装置立即动作，将故障部分迅速切除，从而保护人身安全和其它设备或线路的安全。TN-C-S系统一个线路结构简单，又能保证一定安全水平的系统。

对H93系列风机的控制系统来说，目前所用的防雷器只对相线有保护，而没有对N线有保护，因此在雷击时N线上会产生一个很大的对地电压会很危险，解决此问题可通过在相与地直接加装一个SPD即“4+0”或者“3+1”的避雷器接法。当供电线路的供电质量很差时，供电电压经常性大幅度波动，过电压频频发生； 自发电网除电压大幅度波动之外，供电频率变动很大，这给接在这些电网上的电源防雷器的工作带来不利因素。在正常供电电压（UN±10%）时，接在线路内的电源避雷器漏电流（正常状态）应该很小，一般是微安级，可以忽略不计。但是，如果线路电压大幅度波动，例如超出额定值30%～40%，相电压（UN=220V）有效值达到300V左右，峰值达到435V左右，此时，对250V的电源防雷器内部元件有可能点火起动，迅速由阻流状态转变为通流状态，或者漏电流大幅度增加，由微安级猛增至安培级，甚至更大。但是中线（N）对地（PE）的零地电压绝对达不到电源防雷器元件的启动电压 （430～550V），电管的点火电压（500V）。四模块接线方式IS经PE线流入大地，如图1所示。如系统接有漏电保护器，此种情况，漏电保护器动作，切断空气开关供电通道。

参考文献

[1] 叶杭冶主编的风力发电机组的控制技术.

[2] DEHN防雷指南.

[3] 菲尼克斯电气防雷及浪涌保护器产品指南.