關于風電場35kV母線PT柜綜合接地保護裝置優化探討

王則會

摘 要：針對某風電場35kV風機集電線路電纜中間接頭接地故障，引發35kV母線PT柜內相間短路，結合現場實際情況和故障錄波波形全面分析接地故障產生的原因，認為是典型的接地故障。可以確認故障性質和范圍，為查找故障點提供依據。對照防范措施要求，防止類似不安全事件重復發生并提出相應的處理辦法及改進措施。

關鍵詞：風電場；35kV母線PT柜；綜合接地保護裝置

中圖分類號：TM614 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0134-02

Abstract： In view of the grounding fault of the middle joint of the cable of the 35kV fan collecting line in a wind farm， the phase to phase short circuit in the PT cabinet of the 35kV bus bar is caused. Combined with the actual situation on the spot and the fault wave recording waveform， the causes of the grounding fault are comprehensively analyzed， and it is considered to be a typical grounding fault. It can confirm the nature and scope of the fault， and provide the basis for finding the fault point. According to the requirements of preventive measures， I need to prevent the recurrence of similar unsafe events and hereby put forward the corresponding treatment and improvement measures.

Keywords： wind farm， PT cabinet with 35kV bus bar， comprehensive earthing protection device

1 設備故障原因分析

某風電場由于風機集電線路電纜中間接頭接地故障，產生間歇弧光過電壓，在35kV母線PT柜內引發相間短路，導致智能型接地綜合保護裝置（以下簡稱ZN05A裝置）在保護期間出現C相絕緣子擊穿、高壓限流熔管熔斷、一次保護回路側C相銅排燒斷，35kV低壓側主變保護柜過流跳閘，導致引發系統失壓。造成主變過流保護動作，主變高壓側（1101）、主變低壓側（3501）開關全部跳閘。

從故障錄波圖看出（見圖1），事件起因是35kV系統1號集電線路A相接地，弧光放電，隨后發生了長達十幾秒21次間歇弧光過電壓，最高相電壓超過正常值3倍（70kV），持續過電壓使35kV系統三相絕緣降低。

集電線路電纜中間接頭發生單相非金屬性接地，產生間歇弧光過電壓，擴大原因：

（1）綜合接地保護裝置未及時動作和有效緩解單相接地故障。

35kV系統是不接地系統，接地保護原理是在接地相投入電抗器，抵消接地電容電流，起到消弧作用。查故障錄波記錄（見圖1），A相發生弧光接地時，接地綜合保護裝置未及時動作；在持續電壓突變過程中最后一次突變時，B相電壓降低，綜合接地保護裝置才判斷出“B相弧光接地”，保護動作，投入B相真空開關KB。非但未有效緩解單相接地故障，反而使得A、C相穩定在高電壓狀態，進一步加速非故障相絕緣過壓破壞。

綜合接地保護裝置靈敏性和準確性差，未及時動作和有效緩解單相接地故障是造成本次事件的擴大原因之一。

（2）綜合接地保護裝置PT柜內電氣元件絕緣薄弱，在柜內形成相間短路，最后發展為三相短路。

由于綜合接地保護裝置PT柜內環境潮濕和絕緣子爬距偏小，接地綜合保護裝置“B相弧光接地”保護動作后，綜合接地保護裝置PT柜內C相銅排的絕緣子很快被擊穿，在柜內形成B、C相間短路，C相銅排在短路電流下燒斷，弧光造成柜內三相短路。最終造成主變過流保護動作，主變高、低壓側開關全部跳閘，全場停電。綜合接地保護裝置PT柜絕緣薄弱，在柜內形成相間短路，最后發展為三相短路是造成本次事件的擴大原因。

2 事件暴露的問題

2.1 綜合接地保護裝置靈敏性和準確性差

（1）靈敏性差：發生多次弧光接地，未及時動作。（2）準確性差：未動作首先發生接地的A相，而動作于后發生接地的B相。

2.2 繼電保護設計存在缺陷

（1）按照風電場設計理念，為提高供電可靠性，35kV系統采用中心點不接地系統，發生單相接地情況時，允許繼續運行2小時。所以接地綜合保護裝置對單相接地故障只起報警、選線消弧作用，對集電線路接地故障并未設計跳閘功能。（2）在本次事件中出現多相接地情況，且主短路點在PT柜內，集電線路電流未達到過流保護動作值，集電線路保護裝置沒有動作，屬正常現象。但未充分考慮到可能出現的各種復雜情況，未能迅速切除故障集電線路，造成主變過流保護跳閘，全站停電，說明本站繼電保護設計存在缺陷。

3 35kV綜合接地保護裝置PT柜裝置現場改造優化方法如下

3.1 優化一次電抗器保護回路

（1）將一次電抗器保護回路的所有元器件（絕緣子、真空接觸器、電抗器、零序CT、高壓限流熔管、微動開關、銅排及導線等）移除。（2）ZN05A裝置優化一次電抗器回路后，除滅弧外其余功能（如PT柜、實時監測系統狀況、單相接地選相選線、二次消諧、PT斷線、發信等）保持不變，并在裝置內一次側采樣回路增加一個加熱器。

3.2 優化該回路優點

（1）可避免單相接地時裝置頻繁投退電抗器對系統產生擾動。（2）可避免系統發生先后異相接地時，裝置投保護期間發生的相間短路故障引發柜內部件燒損等，降低站內停電檢修的概率。

3.3 優化該回路缺點

系統發生單相弧光放電時，不能進行滅弧，但改用快速驅動集電線柜跳閘的方式后，系統發生單相接地故障時，快速切除故障線路，將故障點迅速隔離，結合該站特點，此種保護方案優于電抗器的滅弧保護方案。

3.4 增加跳閘功能

（1）裝置增加跳閘功能：增加一個跳閘箱，加裝跳閘壓板及相應接線等。需準備電纜并安排施工人員放設各集電線柜至ZN05A裝置跳閘端子排的電纜線。（2）增加跳閘功能后當系統發生單相接地故障時，可快速切除故障線路，防止事態擴大故障，引發系統失壓及燒毀設備等事故。

3.5 優化裝置消諧回路

（1）根據系統情況選擇合適阻值的二次消諧電阻取代原電阻。（2）將10A消諧保險RX3更換為25A的空氣開關。（3）將消諧繼電器更換為固態繼電器，同時給固態繼電器接入工作電源（通過分壓電阻盒給繼電器提供合適的工作電源）。（4）以上二次消諧回路并接在ZN05A裝置的PT開口三角電壓3U0處。

3.6 對裝置進行ZN05A控制軟件升級

（1）ZN05A控制軟件升級及智能化單相接地保護：瞬時故障選相選線報警、永久故障選相選線跳閘、間歇性持續故障選相選線統計跳閘。（2）縮短諧振判斷響應時間，消諧效果更為理想。（3）當系統電壓恢復正常后，及時撤除告警和跳閘開出信號。

參考文獻：

[1]靳現林，喻宜.風電場35kV母線單相接地引起三相短路故障分析[J].風能，2013（6）.

[2]周昶安.探討風電場35kV系統中性點接地方式的選擇[J].電氣制造，2013（6）.

[3]劉渝根，彭國榮，馬晉佩，等.風電場35kV電纜網中性點接地方式特性分析[J].電工技術，2015（2）.