風電場主變35kV負荷側單相接地故障分析

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，特別是風能發電，一直是世界上發展最快的。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，從而起到保護環境的作用。據全球風能協會（GWEC）公布的數據，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%。越來越多的風力發電機組的接入，對電網運行的安全性和穩定性也產生了重大的影響，因此，提高風電場保護運行管理水平，加深對風力發電機組控制系統設計研究，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，箱式變電站高壓側采用并聯接線方式，經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。110 kV側采用線路-變壓器組接線，35 kV側采用單母線接線。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程》及國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》的規定，主變壓器保護為微機型保護，保護配置如下：

縱聯差動保護作為主變壓器內部故障的主保護。

110 kV側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部故障的后備。

低壓側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。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側零序定時限過流保護。

2.2 系統繼電保護

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

110 kV線路保護。本期110 kV出線1回，按照對側無電源，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系統配置一面故障錄波器柜（80路）。

繼電保護試驗電源。考慮系統保護的發展，及方便保護與綜合自動化接口，采用標準化接口規約。為方便保護調試，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

系統發生單相接地故障時，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 中性點經消弧線圈接地系統

系統發生單相接地故障時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點電壓發生偏移,等于一相相電壓。該電壓作用在消弧線圈上，將產生感性電流。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，數值上小于中性點不接地系統對地容性電容電流。但線電壓仍然對稱，可以繼續運行2 h。

表1

3.3 中性點直接接地系統

系統發生單相接地故障時，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側單相接地故障分析

由于主變35 kV側接地變的存在，主變35 kV側發生單相接地故障時，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A相接地故障時，由于接地變的存在，系統相當于中性點直接接地，A相電壓變為零，B、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相短路電流變為3I0，B、C兩相電流為零。主變35 kV負荷側A相接地故障時，系統各部分電壓、電流如下表1所示。

35 kV負荷側A相接地電流分布圖如圖2所示，當35 kV負荷側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A相接地電流分布圖（無零序CT）

5 主變35 kV側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A相接地電流分布圖（有零序CT）

6 結束語

風力發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，因此風力發電在我國有著廣闊的發展前景，而風能利用必將為我國的環保事業、能源結構的調整做出巨大貢獻。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，提高了系統運行的可靠性。

［1］ 賀家李.電力系統繼電保護原理［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.