風電場35kV集電線路單相接地聯跳主變低壓側原因分析及現場處理

吳益航

【摘 要】隨著經濟的不斷發展，在現階段的能源使用我國越來越開始推廣清潔能源，而風能就是一種優質的清潔可再生能源，為此越來越受到重視，我國風能儲備豐富，開發利用潛力巨大。在“十一五”計劃期間，我國的風電取得非常迅速的發展，自2005起，我國風電機組總裝機連年翻番。但是在風電生產運行過程，也存在一些困擾。比如35kV集電線路單相接地故障頻發，甚至出現越級聯跳主變低壓側的問題。

【關鍵詞】風電場35kV集電線路；單相接地；聯跳主變低壓側

中圖分類號： TM614 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）24-0026-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.013

【Abstract】With the continuous development of economy， Chinas energy use at the present stage is increasingly promoting clean energy， and wind energy is a kind of high-quality clean renewable energy. Therefore， more and more attention is paid to wind energy reserves in China， with huge potential for development and utilization. During the 11th five-year plan period， Chinas wind power achieved very rapid development. Since 2005， Chinas total installed wind power units have doubled year by year. However， there are some problems in the process of wind power production and operation. For example， the single-phase grounding fault of 35kV collector circuit is frequent， and even the problem of overstep main transformer low voltage side appears.

【Key words】Wind farm 35kV collector circuit； Single phase grounding； Double jump main transformer low pressure side

0 引言

隨著我國《可再生能源法》的正式頒布以及實施，為我國風力發電企業投資提供了保障，更好的對風電產業在電網中的接入、電量的收購以及電價的分攤和結算等不同方面進行分析，更好的幫助風電產業在我們國家的發展和使用，真正的做到可持續發展戰略的實踐。在風電行業如火如荼開發、實踐、生產過程中，我們也遇到諸多問題。本文對風電場頻發的35kV集電線路發生單相接地聯跳主變低壓側問題的主要原因進行分析，并根據現場實際，提出故障防、治方案。

1 事故前風電場保護投入情況

目前，在我國多數風電場35kV系統單相接地線路其所使用的保護測控裝置為國內保護“四大家”，本文以許繼電氣WXH-822集電線路綜自和WCB-822接地變保護為例。在實際應用中，WCB-822接地變保護適用于各種不同接地系統的所用變、接地變等不同的保護測控，并且自帶操作回路；保護配置方面，具有三段過流的保護、過負荷的保護、低電壓或者是過電壓的保護、4 路非電量的保護、控回斷線告警、高壓側或者低壓側零序過流保護、母線 PT斷線告警等不同的功能。WXH-822集電線路綜自裝置適用于35～110kV的接地或者是不接地系統中、單端或者是雙端的電源線路，具備自帶操作回路功能，保護配置方面主要有：三段低壓閉鎖方向過流保護（其中包括了方向或是低壓的獨立整定）、后加速保護、重合閘保護、對于系統中不接地或者是直接接地系統零序方向過流保護、過負荷保護、低壓減載、PT斷線告警、控回斷線告警。

事故前WXH-822和WCB-822保護出口均投入電流I、II段、零序電流保護，同時WCB-822出口整定聯跳，即聯跳分段開關和聯跳主變低壓側開關。

2 風電場35kV集電線路單相接地聯跳主變低壓側原因分析

在實際應用中，對于風電場35kV系統中出現越級聯跳主變低壓側的主要原因有：保護定值整定時未充分考慮實際運行時電容電流和線路故障時零序電流，線路阻抗折算參數選擇過于保守，定值配合不合理，以及安裝工藝不良，調試工作不到位等，具體分析如下：

2.1 保護定值配合不合理

為保證集電線路單相接地能快速切除故障線路，在集電線路設置零序電流保護，該零序電流可由集電線路進線開關三相CT計算自產或在集電線路進線開關靠電源側裝設零序電流互感器，一般情況，風電場集電線路進線開關采用直接裝設零序電流互感器較常見。而風電場35kV系統通常為不接地系統，為保證35kV系統（如35kV母線）單相接地故障能反應零序電流并快速切除故障點，風電場35kV系統一般采用接地變中性點經電阻接地，一旦35kV系統出現不平衡（包括區內外故障），即可在接地變中性點的零序CT上產生零序電流。由此可知，集電線路（包括箱變、風電機組）單相接地時，產生的零序電流對于接地變來說，應算低一級故障，不能越級時接地變保護動作。只有當接地變臨近區內設備（如35kV母線）發生單相接地時，這個故障量方可驅動接地變保護動作，甚至出口聯跳變壓器低壓側開關和35kV分段開關。

因此，在保護定值配合上，接地變零序電流應大于集電線路進線開關，最好在零序時限上接地變也大集電線路進線開關一個級差。若整定計算時，未充分考慮集電線路電容電流和接地故障的各級零序電流，對集電線路自身阻抗折算參數選擇時，過于保守，均會導致核算出的零序電流定值不合理。一旦集電線路發生單相接地故障，該靈敏動作的集電零序保護不動作，而達到接地變零序定值，則不該動作的接地變即出口聯跳主變低壓側。

2.3 安裝工藝不良，調試工作不到位

部分單位出于縮短工期、節省材料、控制成本等原因，分包、轉包工程項目，現場施工單位魚龍混雜，工藝、水平參差不齊。可以說，安裝、調試問題可直接導致35kV系統單相接地故障時越級跳主變低壓側。

對架空型集電線路線夾、絕緣子等線路金具，在引線上若對金具壓接不牢、螺栓選用規格不符、接觸面處理不到位等均可造成后續運行中，接頭發熱甚至斷落引起集電線路單相接地；對于直埋敷設的電纜型集電線路，電纜中間接頭的制作工藝尤為重要，須嚴格按照工藝流程書，嚴控現場環境的粉塵、溫濕度，關鍵環節（如防水包扎、半導電層倒角、冷縮套管）須嚴格把關。因為中間接頭隱蔽的缺陷不全會被在電纜耐壓試驗發現，若這些隱蔽缺陷遺留到運行中，則隨時可能引發電纜中間接頭擊穿，比如半導電層倒角不平整、出現毛刺等，則會因電位在電纜中間接頭表面分布不均長期放電，進而引發電纜擊穿。

二次系統的安裝需嚴格按照設計圖紙、廠家手冊施工，確保零序互感器磁路閉合良好，CT組別接線正確，電纜終端屏蔽接地線不得穿過零序互感器。調試參照交接試驗規程，不得出現缺項漏項，不弄虛作假，真實反映二次系統所有問題和缺陷，并確保所有影響設備安全運行的缺陷全部整治到位后方可送電。

3 風電場35kV集電線路單相接地聯跳主變低壓側的現場處理

3.1 針對一次系統設備的排查處理

當風電場35kV集電線路發生單相接地時越級跳閘主變低壓側時，對一次系統設備的排查處理建議如下：

（1）加強對一次設備的巡檢。故障發生后需盡快對故障范圍內或與故障設備有電氣連接的巡視檢查。站內設備重點檢查開關、電纜終端、避雷器等。同時開展故障線路全線巡線，重點排查金具，導線、引線及跳線外觀，對于直埋電纜線路，需沿電纜路徑檢查是否有外力施工，重點查看電纜中間接頭外觀有無擊穿、放電痕跡。有條件時，配合線路故障檢測手段排查。除事后巡查，風電場應依據相關規程對一次設備開展日常巡回檢查。

（2）定期停電的設備檢查、預試。結合定期停電，做好一次設備檢查、預試，對于容易被雨霧風雪沙塵污染的線路瓷瓶、金具，需結合停電清掃并記錄，對電纜、引線、緊固螺栓、支撐絕緣子、避雷器等部件進行力矩檢查。通過試驗手段，檢查開關動作特性、設備絕緣、回路電阻等，發現開關機構卡澀等可能影響開關動作的缺陷，須立即處理。

3.2 針對二次系統相關設備的排查處理

（1）排查定值配合，特別是集電線路、接地變零序定值配合；確認集電線路零序電流整定是否合理，正常運行時應能躲過該線路正常運行時的電容電流，集電線路單相接地故障時能可靠靈敏動作；接地變零序電流正常運行時應能躲過35kV系統電容電流，集電線路發生單相接地故障時應優先保證該故障集電開關能可靠動作，只有當該故障集電開關拒動或單相接地故障發生在接地變臨近區內（如35kV母線單相接地故障）才能出口聯跳主變低壓側開關。

（2）排查集電線路綜自及其二次回路。檢查集電線路綜自裝置，確認綜自工作穩定，無卡鈍死機等現象，輸入的整定參數與定值通知單一致，跳閘矩陣整定正確，跳閘出口軟壓板或控制字整定正確，開關柜面板上硬壓板正確投入；排查集電線路開關二次回路（包括集電線路開關本體各輔助觸點）各節點，接線無松動脫落，各中間繼電器動作靈活，測量分合閘線圈阻值正常。

以上二次系統的排查，若在保護配合、二次回路外觀檢查均未發現明顯異常時，則有必要進行二次通流試驗，模擬集電線路單相接地故障量，在保護CT二次側通入模擬的故障電流，確認集電線路發生單相接地時能可靠切除故障線路。

4 結語

本文綜上所述，在現階段風電技術發展應用中，風電場技術人員應從原理上深入理解風電場電氣系統，“不能無書也不可盡信書”，需參閱技術規范并結合實際運行數據，合理整定和配合保護定值，同時加強對風電場安裝、調試的監管和驗收，從源頭上消除設備運行隱患，避免風電場35kV集電線路單相接地故障的頻繁發生，杜絕越級聯跳主變低壓側惡性問題，保障風電場電氣系統安全穩定運行。

【參考文獻】

[1]劉春玲.風電場35kV系統單相接地故障分析[J].農村電氣化，2015（1）：43-44.

[2]吳躍宏.風電場35kV系統單相接地聯跳主變低壓側原因分析及現場處理[J].引文版：工程技術，2015（43）：192-193.