風電場站內繼電保護零序保護整定方案探討

郭俊剛

（神華國能集團有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特010000）

風電場保護與傳統配電網繼電保護具有很大的區別，常規的配電網電源由于是單向流動方式。電能一般從系統流向線路終端，而風電場發電情況下，是從集電線末端向系統。傳統基于電流保護的系統中，電流及短路電流都發生了流向變化。另外，風電場零序保護主要分為主變高壓側和低壓側兩種部分。通常高壓側零序保護采用中性點直接接地零序與間隙零序保護相互配合方案。低壓側主要采用小電阻接地方式或采用接地接地變方式。采用這種接地方式下，風電場集電線系統可以采用零序電流識別單相接地故障。對于超出接地線零序ct 范圍外的母線采用母差保護。對于母線上的站用變、SVG 同樣配有零序電流保護。采用這種方案對風電站內的所有電氣設備進行覆蓋。

1 零序電流計算方法

1.1 接地變零序電流計算方式

圖1 Z 型接地變示意圖

圖2 集電線與接地變連接示意圖

圖3 簡化零序網絡示意圖

式中，UP為電網電壓，V；RN為中性點點接地電阻，Ω；X0為接地變零序電阻，Ω。當集電線路發生單相金屬性接地時，流過故障集電線路的零序電流等于接地變與非故障線路單相金屬性接地電容電流的向量之和。設定是要考慮最小的故障電流。

1.2小電阻接地電流計算方式

據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》中“風電場匯集線系統單相故障應快速切除”的要求，為準確選線跳閘，大多風電項目35kV 中性點采用電阻接地系統。但在接地電阻的阻值選擇上，各工程存在一定的差異，第18.2.6 條規定，小電阻接地系統，中性點接地電阻值按選定的單相接地電流值計算，即

Id：選定的單相接地電流值。

RN：中性點接地電阻。

UN：主變低壓側額定電壓。

在設計院給出接地阻值的前提下，單相接地電流值計算公式為

集電線路為主的風場，因接地電容電流值一般在30A 左右，故接地電阻電流值一般選擇在100～200A 左右，而對于大型全電纜集電線路風場，有一些設計院一般將電流值固定在200A或400A，還有一些設計院是根據實際計算的電容電流值并將其放大1.5～2 倍而選擇的。

2 風電場站內整定配置方案

2.1 集電線零序保護

風電場站內零序保護按照短路電流計算方法獲得的零序電流。考慮系統最小運行方式下，集電線最遠處具有足夠靈敏度。首先確認集電線零序保護定值。這里需要考慮集電線共有線路及電纜和架空線相連接的情況，如果實際條件允許可以實測集電線路的實際零序阻抗用于短路電流計算。目前不同的集電保護裝置對于集電線零序配置的不相同，一些保護裝置采用了兩段是保護，一些采用一段保護。在定值設置需要估計集電系統電容電流，避免系統零序電流動作值過小造成保護勿動跳閘，同時要避免定值過大而導致集電線系統產生間歇性弧光接地。

2.2 SVG 及站用變零序保護

對于35KV 系統SVG 可以定值采用集電線路零序定值即可。對于站用變由于一般容量不超過800KVA，零序電流動作值和過流一段的定值有可能比較接近。這里一般要注意與過流保護的配合問題。可以采用兩個設定值之間具有足夠倍數。在無法滿足時，通過時限進行區別，方便系統跳閘后故障的定位及故障的排除。

2.3 35kV 母線保護方案

35kV 母線范圍內的單相接地故障是通過母差保護設備進行保護。這里主要是注意系統的設計符合和實際負荷在不同時，要滿足足夠靈敏度一般按照實際負荷進行整定。

2.4 接地變及主變壓器低壓側零序保護

接地變作為站內低壓系統的零序后備保護，在設置是按照指導要求定值必須為集電線零序對應的保護多1.2 倍。在實現上需要比對應保護段多一個實現配合。與主變低壓側一致的是跳閘出口依照變壓器高壓側是否采用線變組接線方式，如果采用一段采用跳低壓側，二段跳變壓器兩側，對于非線變組方式宜采用兩段均跳雙側。

3 風電場站內零序電流整定時限配合

零序保護在時限設定時需要考慮集電線路是夠在風機接入時增加箱變高壓側斷路器。如今一些為了增加集電線的無故障運行小時，減少單臺風力機組T 接接頭以下的短路故障造成整條線路的風力機“陪停”現象。增加了風力機箱變高壓側斷路器。低壓系統零序保護定值實現將采用三級方式。第一級為箱變高壓側零序保護，需要考慮躲過箱變合閘時勵磁涌流引起的零序電流。時限一般從0.1s 起。第二級為集電線路零序保護，定值設定時需要考慮與第一級之間的配合。一般增加一個時限級別，或是讓第一級有更高靈敏度時限一致。第二級保護中也可設置多個時限提高因線路非金屬性接地的靈敏度。第三級保護是低壓側接地變或是變壓器低壓側小電阻接地系統零序保護。定值設定時比第二級多出一個時限。如果在站內不設有箱變高壓側斷路器，這按照二、三級設定即可。同樣也需要考慮箱變合閘時的勵磁涌流問題。加入至少0.1 秒的延遲。

4 風電場站內零序保護動作故障排查

對于風電場站內零序動作后，首先應觀察故障錄播裝置的實際動作邏輯及動作時刻的電流和電壓實際波形。對故障原因進行實際分析。逐步確定故障的原因及位置。

如果集電線保護設備零序保護動作，結合保護動作記錄排查保護動作狀況、風機運行狀況以及箱變狀況，進而對故障點的位置和實際情況進行合理的分析和判斷。零序保護首先將故障切除，經由消弧線圈接地，首先查看線路的布置是否正確，其次再接線，最后再查看單相故障轉化為三相故障的狀況。對風機和箱變運行的故障的排查，需要查看風機監控系統是否發出故障報告，如風機變流器的故障信號，以此作為風機和變速箱故障評定依據。

對于直接接地故障，首先通過采用測量絕緣電阻方式檢驗，測量時，使斷路設備與整個系統明顯隔離，做好驗電工作，檢測完成以后再合理放電。對即將拆卸的電纜進行檢測時，做好標記，避免因接線錯誤引發安全事故。對于非直接接地故障，對電纜進行分段檢測，一般故障位置基本都是接頭處，需要注意電纜分接頭的檢查，在接地位置做好標記。

如果發生越級動作，需要檢查各級動作設置的定值是否合理。以及故障位置是否發生在集電線路保護區域之外。如果是低壓母線單項接地保護動作的話。進行合理排查消除故障。如果是集電線保護范圍之內的故障需要對具體發生原因，逐步排查一次設備、二次設備等具體問題，進行逐一排查。

5 結論

隨著風電場裝機容量的日益增加，風電場站內繼電保護作為設備裝置故障時的保護起到了重要的作用。對于區域電網大規模集中風電場區域來說風場內的繼電保護尤為重要。為防止風電場短路故障越級跳閘事故的發生。微機繼電保護必須合理的設置定值。在風電場站內對于單項接地故障的切除，主要采用的零序電流保護方式。零序保護電流的合理配置及時限整定決定了保護是否能起到預定效果。