风电场集电线路中暂态过电压问题综述
发布时间：2015-01-19     来源： 丹尼尔.维德拉（ Daniel Videla） 刘宇（翻译）
本文摘要：（美国伊玛机电公司Ema Electromecanica SA 陕西 宝鸡 721000 ）分析了影响暂态过电压值的因素，通过模拟暂态过电压试验对比了几种接地方式，说明了VDH GSMI®型真空断路器和机械联锁接地组合开关的高成本效率和技术优势。
　　
　　一个典型的风力发电厂由几个集电器（馈线）组成。每个集电器电路有数个涡轮发电机相连。集电器系统的典型电压等级为34.5kV。当风电场采集电路为有效接地系统时，暂态过电压可能使集电器系统上的电力设备产生故障。这就是为什么除了防止雷电电涌和开关电涌外，还要在风力发电场的集电器电路上安装电涌放电器，以防止暂态过电压使电力设备产生故障。
 
　　在很多风力发电场中，由于未能根据精确的瞬态模拟研究确定暂态过电压水平，从而无法谨慎地选择电涌放电器等级，使电涌放电器故障变成一种常见事件。无论是涡轮发电机还是涡轮组合式变压器都不能为集电器系统提供中性点接地，甚至是接地源在风电场变电站主变压器和/或馈线接地系统。
 
　　1暂态过电压分析
 
　　影响暂态过电压值的因素包括：
 
　　①、风力涡轮组合式变压器的饱和性。

　　②、风力发电机的拓扑机构，例如类型1、类型2、类型3或类型4，每种类型在故障中有不同的交互作用。风力发电机的自励也会导致暂态过电压水平的增长。

　　③、集电器系统电缆的总电容。
 
　　在一些操作情景中，风电场采集系统中有可能产生出严重的暂态过电压。通常连接在升压变压器中压一侧的是德尔塔（Delta），以防止低压发电机一侧接地故障产生的零序电流进入中压集电器系统。当风电场采集电路在有效接地系统和升压变压器中压一侧德尔塔（Delta)连接时，最严重和最常见的场景解释如下：

　　①、随着集电器电路的单项接地故障，集电器断路器跳闸，使馈线与变电站的连接断开。

　　②、随之而来的是，涡轮发电机被连接至带有单项接地故障的未接地馈线上，由于馈线上没有安装接地系统，其它两个未故障相上的电压将上升至故障前电压的1.73倍或更大。
 
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图1：单相接地故障--未故障相上的过电压
 
　　③、由于电网扰动期间对风机的低电压穿越要求，可能使风力发电机保护不能将该故障识别为内部故障，使单元不跳闸。
 
　　④、主要由电缆组成的风力发电场集电器在故障位置造成高电容值；可以导致由于共振而形成的高于1.73倍的扩大瞬态电压值。
 
　　⑤、也有可能只有其中一部分风力发电机跳闸，其余仍然连接电路，造成更高的电容率。
 
　　⑥、如果类型1、类型2和类型3（撬杠激活时），当大部分风力涡轮发电机跳闸，仅有少数连接电路时，剩余的异步发电机自励，这可能导致产生更高的暂态过电压值。
 
　　⑦、在类型4风力涡轮发电机中，整流器控制不平衡电流产生的限度。因此实际上，这些风力涡轮发电机没有零序路径，并有很高的负序阻抗。这些情况也能导致产生暂态过电压。
 
　　⑧、单独的未接地集电器带有电容式接地且故障电弧可以自身清除，然后重击穿，产生更高的暂态过电压。
 
　　⑨、组合式变压器的饱和减缓了基础电压的上升，但不能降低峰值电压（暂态过电压峰值）。大量谐波电流注入集电器系统，与通常位于低次谐波的并联共振频率上的高阻抗系统产生交互作用，造成高峰值暂态过电压。
 
　　⑩、由于过高的暂态过电压，集电器上的电涌放电器很可能产生故障。这可能给风力发电场造成破坏性的过电压。对电涌放电器、电缆、风机及其电力控制元件带来风险。
 
　　为了克服风力发电场集电器电路中严重的暂态过电压，习惯作法是给每个采集馈线提供一个接地点。
 
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  图2：绝缘风力发电场采集电路中的暂态过电压
 
关键词：暂态过电压 模拟评估

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