風電場主變35kV負荷側(cè)單相接地故障分析

王 雷，信 珂，周志勇

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

近年來,全球可再生能源的利用率在逐年增長，特別是風能發(fā)電，一直是世界上發(fā)展最快的。因為風能為人們提供的不僅僅是電能，還可減少CO2的排放量，從而起到保護環(huán)境的作用。據(jù)全球風能協(xié)會（GWEC）公布的數(shù)據(jù)，2008年全球新增風電總投資達475億美元，新增裝機容量達27.26 GW，比上年增長36%。目前，全球風電總裝機容量累計已達121.19 GW，與2007年相比增長了30%。越來越多的風力發(fā)電機組的接入，對電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性也產(chǎn)生了重大的影響，因此，提高風電場保護運行管理水平，加深對風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)設計研究，具有十分重要的意義。下面結合實際工程，對風電場主變35 kV負荷側(cè)單相接地故障進行了分析，并給出了解決方案。

1 風電場一次主接線

風電機組采用一機一變接線。風電機組出口電壓690 V，由箱式變壓器升壓至35 kV，箱式變電站高壓側(cè)采用并聯(lián)接線方式，經(jīng)35 kV電纜母線匯流至升壓站。110 kV升壓站設1臺主變壓器，以1回110 kV線路接入系統(tǒng)。110 kV側(cè)采用線路-變壓器組接線，35 kV側(cè)采用單母線接線。風電場一次主接線如圖1所示。

2 風電場保護配置

2.1 元件保護

2.1.1 變壓器保護

元件保護設計按照GB14285-1993《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》及國家電網(wǎng)公司《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》的規(guī)定，主變壓器保護為微機型保護，保護配置如下：

縱聯(lián)差動保護作為主變壓器內(nèi)部故障的主保護。

110 kV側(cè)裝設有復合電壓閉鎖的方向過流保護和復合電壓閉鎖的過電流保護，用于保護由于外部相間短路引起的變壓器過流和作為變壓器內(nèi)部故障的后備。

低壓側(cè)設有復合電壓閉鎖的速斷、過流保護。為保護外部接地短路引起的變壓器過流和作為變壓器內(nèi)部接地故障的后備，變壓器設零序電流、電壓保護。

非電量保護主要有：本體的重瓦斯保護，和反應本體輕瓦斯、壓力釋放及溫度過高的信號裝置。

2.1.2 35 kV線路保護

圖1 風電場一次系統(tǒng)主接線示意圖

35 kV保護采用微機型保護、測控二合一裝置，裝于35 kV開關柜內(nèi)。線路保護配三段定時限過流保護、過負荷保護、三相一次重合閘。

2.1.3 接地變保護

接地變壓器保護配三段定時限過流保護、0.4kV側(cè)零序定時限過流保護。

2.2 系統(tǒng)繼電保護

根據(jù)GB14285-93《繼電保護與安全自動裝置技術規(guī)程》及接入系統(tǒng)報告要求，進行風電場的系統(tǒng)繼電保護配置。

110 kV線路保護。本期110 kV出線1回，按照對側(cè)無電源，線路主保護配置光纖電流差動保護，含有相間、接地距離及零序電流保護，檢無壓、檢同期三相重合閘、及三相操作箱。

110 kV母線保護。本期110 kV主接線為單母線接線，配置一套獨立的、快速的、靈敏的微機型母線差動保護。

110 kV故障錄波。本工程對110 kV系統(tǒng)配置一面故障錄波器柜（80路）。

繼電保護試驗電源。考慮系統(tǒng)保護的發(fā)展，及方便保護與綜合自動化接口，采用標準化接口規(guī)約。為方便保護調(diào)試，配置一面繼電保護試驗電源柜。

3 中性點運行方式及其特點

3.1 中性點不接地系統(tǒng)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點電壓發(fā)生偏移，等于一相相電壓。接地點電流為非故障相對地電容電流的和，數(shù)值為正常運行時一相對地電容電流的3倍。但線電壓仍然對稱，可以繼續(xù)運行2 h。因存在接地容性電流,故在接地點有電弧。

3.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點電壓發(fā)生偏移,等于一相相電壓。該電壓作用在消弧線圈上，將產(chǎn)生感性電流。該電流與接地點非故障相對地電容電流的和進行疊加彼此補償，數(shù)值上小于中性點不接地系統(tǒng)對地容性電容電流。但線電壓仍然對稱，可以繼續(xù)運行2 h。

表1

3.3 中性點直接接地系統(tǒng)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，中性點電壓仍然為零，非故障相對地電壓保持相電壓不變，故障相接地后即通過接地中性點形成單相短路。發(fā)生單相短路時保護應立即動作于跳閘，切除故障。

4 主變35 kV側(cè)單相接地故障分析

由于主變35 kV側(cè)接地變的存在，主變35 kV側(cè)發(fā)生單相接地故障時，會引起主變差動保護動作，具體原因如下：

當主變35 kV負荷側(cè)A相接地故障時，由于接地變的存在，系統(tǒng)相當于中性點直接接地，A相電壓變?yōu)榱悖珺、C兩相電壓仍為相電壓；A相接地后，通過接地中性點形成單相短路，A相短路電流變?yōu)?I0，B、C兩相電流為零。主變35 kV負荷側(cè)A相接地故障時，系統(tǒng)各部分電壓、電流如下表1所示。

35 kV負荷側(cè)A相接地電流分布圖如圖2所示，當35 kV負荷側(cè)A相接地故障時，保護繼電器中有差動電流，主變保護的縱差會誤動作。

圖2 35 kV負荷側(cè)A相接地電流分布圖（無零序CT）

5 主變35 kV側(cè)單相接地主變差動保護誤動解決方案

在接地變處安裝三相CT，將該部分電流也差到保護繼電器，此時，35 kV負荷側(cè)A相接地電流分布圖如圖3所示，差動保護繼電器中無差動電流流過，主變差動保護不會動作，由主變的零序過流保護作為接地故障的遠后備保護。

圖3 35 kV負荷側(cè)A相接地電流分布圖（有零序CT）

6 結束語

風力發(fā)電是一個集計算機技術、空氣動力學、結構力學和材料科學等綜合性學科的技術。我國有豐富的風能資源，因此風力發(fā)電在我國有著廣闊的發(fā)展前景，而風能利用必將為我國的環(huán)保事業(yè)、能源結構的調(diào)整做出巨大貢獻。本文結合工程實際，對風電場主變35 kV負荷側(cè)單相接地會引起主變差動保護誤動作進行了分析，并給出了相應的解決方法，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

［1］ 賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護原理［M］.北京：水利電力出版社.

［2］ 能源部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊［M］.北京：中國電力出版社.