某風電場主變跳閘處理分析

劉振宇，陳輝，張艷鋒，郭玉龍

（華潤電力北方大區，山西 太原 030000）

某風電場主變跳閘處理分析

劉振宇，陳輝，張艷鋒，郭玉龍

（華潤電力北方大區，山西 太原 030000）

風電場多建設在偏僻的山區,地形復雜、交通不便,風電場人員配置較少,員工工作經驗少,繼電保護人員更少,當風電場出現故障繼電保護動作后,由于現場工作人員工作經驗較為缺乏,查找故障原因處理故障需要花費大量時間,導致發電量損失較多。文章以某風電場一次故障跳閘實例,通過分析保護裝置的動作報文和故障錄波波形,指導現場運營人員快速找到故障點。

故障錄波；保護裝置；主變；跳閘

某風電場安裝66臺單機容量為1500kW風力發電機機組，風電場裝機總容量為99MW。風力發電機組通過箱式變升壓后，由5條35kV場內集電線路輸送到升壓站內，風電場升壓站安裝1臺100000KVA（110/35kV）變壓器，110kV系統采采用“線路-變壓器組”接線方式，采用戶外敞開式（GIS）布置，包括1個進線間隔、1組母線PT、1個主變出線間隔。

1 風電場保護配置情況

該風電場110kV線路主保護采用深圳南瑞ISA-311GA/B輸電線路成套保護裝置，保護包括四段相間距離、三段接地距離、零序電流保護、弱饋線保護、不對稱故障相繼速動保護、低壓減載等保護。1#主變采用深瑞生產的雙套電氣量保護（型號為：PRS -778）和一套非電量保護（型號為：ISA-361A），主要配置有差動保護、重瓦斯保護、主變高壓側后備保護和主變低壓側后備保護。35kV集電線路保護采用深圳南瑞科技有限公司生產的ISA-367G保護裝置，主要配置有：限時過流速斷保護、定時限過電流保護、零序I段過流和零序II段過流保護。35kV電容器組配置一套深圳南瑞ISA-359G電容器保護裝置，保護配置二段式過流、過電壓、接地、不平衡電壓和零序差壓等保護。35kV SVG配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保護裝置，保護配置非電量保護、過流保護等保護。35kV SVG連接變壓器保護配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保護裝置，保護配置非電量保護、過流保護等保護。35kV場用變配備有一套深圳南瑞ISA-381G線路保護測控裝置，保護配置非電量保護、三段過流、過負荷等保護。

集電I線：ISA-367G保護裝置，保護CT變比：600/1，零序CT：75/1，主要投入的保護定值為：

限時速斷電流定值1．6A，延時：0．15s；定時限過流保護定值0．9A,延時：1s。

零序I段保護定值0．6A，延時：1s；零序II段過流定值：0．5A，延時：1．3s（以上保護全部跳集電I線311開關）。

1#主變采用深圳南瑞有限公司生產的PRS-778，主變容量：100MVA。

主保護：CT變比：110kV側=600/1，（5P40）35kV側=2400/1(5P30)

差動速斷電流：2．4A；比率差動啟動電流：0．4A，比率差動制動系數：0．5；本體重瓦斯：1米/秒；以上保護全部跳主變高壓側101開關，主變低壓側301開關；

本體輕瓦斯告警：A=300cm3，t=9s；壓力釋放告警：t=9s；油面溫度高告警：t=9s。

1#主變低壓測后備保護：CT變比：35kV側=2400/1(5P30)。

過流I段2時限（不經低壓側復合電壓閉鎖）：1A，延時0．3s，跳高低壓側；過流I段3時限（不經低壓側復合電壓閉鎖）：1A,0．6s，跳高低壓側；過流II段2時限（經低壓側復合電壓閉鎖）：0．84A，1．2s，跳低壓側開關；過流II段3時限（經低壓側復合電壓閉鎖）：0．84A，1．5s，跳主變高低壓側開關。（低壓側：70V，負序電壓：7V）。

1#主變高壓側后備保護：CT變比：110kV側=600/1,（5P40） 35kV側=2400/1(5P30)。

過流I段2時限（經復壓閉鎖）：1．13A，1．8s，跳高壓側；過流II段1時限（經復壓閉鎖）：1．13A，2．1s跳主變高低壓側；復壓閉鎖取主變高低壓側電壓，低壓側：70V，負序電壓：7V。

2 故障前的運行方式

2014年5月17日，雷雨天氣。110kV#1主變運行、35kV集電I線311開關運行、35kV集電II線312開關運行、35kV集電III線313開關運行、35kV集電IV線314開關運行、35kV集電V線315開關運行、35kV#1站用變317開關運行、35kV#1接地變321開關運行、35kV#1SVG318開關運行、10kV0#站用變熱備用、35kV #1FC319開關檢修、35kV#2SVG320開關檢修；全場風機運行正常，平均風速8．7m/s，負荷4．9萬kWh。

3 事件經過

16時32分53秒490毫秒：監控后臺報“35kV集電I線311開關限時電流速斷保護動作”，監控后臺指示311開關狀態在合閘位；

16時32分53秒903毫秒：1#主變保護AB柜過流I段2時限保護動作；

16時32分53秒943毫秒：1#主變低壓側301開關跳閘；

16時32分55秒473毫秒：1#主變保護AB柜差動速斷保護動作，主變高壓側101開關跳閘，全場失電。

4 結合故障錄波圖和保護裝置的動作情況進行分析

第一階段：集電I線限時電流速斷保護動作，311開關未跳閘。(錄波圖從0～150ms)：

從故障錄波圖分析：16時32分53秒752ms時，集電I線三相短路電流達到限時電流速斷啟動值1．6A，實際值7．2A（現場整定值1．6A，延時0．15s 誤差0．01ms 變比：600/1）保護啟動，延時159ms時，集電I線限時電流速斷保護動作，裝置出口，但開關未跳閘，需分析開關不動作原因。

圖1

集電I線故障原因分析：從集電I線故障錄波圖向量分析可以看出，集電I線三相電流大小相等，相位相差120°，三相電壓大小相等，無零序電壓和零序電流，判斷集電I線發生三相短路，由于雷雨天氣，且故障時風速不大，初步判斷：集電線路三相遭受雷擊后三相短路。

第二階段：集電I線311開關未跳閘后，主變低壓側后備保護過流I段2時限動作，主變低壓側301開關跳閘。保護動作分析(錄波圖從150～366ms)：

集電I線保護啟動同時，主變低壓側后備過流I段2時限達到啟動值（過流一段2時限定值：1A，0．3s，變比2400/1，跳主變低壓側301開關），從故障錄波和主變保護裝置動作情況分析，可以看出主變故障錄波在啟動后298ms時動作，301開關自身動作時間為50ms左右，在故障發生366ms時，301開關跳閘，集電I線三相短路電流降低，110kV電壓恢復正常，電流減少為變壓器空載勵磁電流。

第三階段：從故障錄波366～622ms，由集電I線電流波形可以看出在366ms時刻，集電I線的三相電流基本對稱，最大值1．9A，此時301開關已經跳閘，35KV系統已經與電力系統分開運行，風機繼續向故障點提供短路電流，（風機具有低電壓穿越能力，風力發電機在電壓跌至20%額定電壓時能夠維持并網運行620ms的低電壓穿越能力，風電場電壓在發生跌落后2s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場必須保持并網運行），隨著風機自身不足以提供足夠的短路電流后，電弧熄滅。

第四階段：從故障錄波622～900ms，在集電I線電弧熄滅后，故障消除后，由于風機的低電壓穿越能力，電壓開始恢復，但由于每臺風機都經箱變變壓后匯入集電線路，在變壓器的恢復性涌流的作用下，35kV的電壓高于正常的1．2倍，35kV電壓和各集電線路的電流含有大量的非周期分量。

第五階段：在1876～1939ms期間，110kV側電流由變壓器空載勵磁電流突變為2．8A左右，而后101開關跳閘，主變保護裝置報主變差動保護動作（主變差動速斷定值：2．4A），保護動作正確，現場查看非電量保護未動作。

第六階段：從1900ms至2495ms，從錄波圖中可以看出，在1900ms時刻，35kV三相電壓同時升高，判斷為35kV集電III線某處遭受雷擊，而后35kV出現零序電壓，集電III線出現零序電流，35kVB相電壓降低為B相電流增大，在2055ms時刻C相電流增大，C相電壓降低（C相電壓降低幅度較B相小），從波形圖分析可以得出，在1900ms時刻，集電III線某處遭受雷擊后，B相先產生接地短路，而后發展為BC相接地短路，如圖1。

第七階段：從2495ms至最后，由波形圖可以看出，在2495ms之后，35kV電壓降低為4V左右，而電流維持一段時間后慢慢衰減至0。分析為：在2495ms，風電場1#SVG跳閘，不足以提供足夠的無功維持電壓，隨著風機的全部脫網，電流消失。

綜合故障錄波分析，得出初步判斷如下。

（1）集電I線發生三相短路，需要查找故障點，可能原因為：絕緣子遭受雷擊三相短路或為三相絕緣子質量問題，引起的三相弧光短路也可能是絕緣子閃絡引起的三相短路。由于故障時刻前后未發現明顯過電壓，初步分析為絕緣子擊穿引起三相短路。重點安排人員查看線路絕緣子。同時要組織人員分析311保護不動作原因。

（2）1#主變差動保護原因分析：結合主變非電量保護未動作的信息，分析認為差動保護區內部主變范圍外設備發生短路，可能為主變低壓側封閉母線AB相間短路。重點安排人員檢查主變低壓側封閉母線。

（3）集電III線出現B相電壓降低，后續C相電壓也降低，同時出現了零序電壓。因此分析認為，集電III線B相和C相發生了接地短路現象。可能為電纜頭故障，重點安排人員檢查集電III線所有電纜頭。

5 結合以上分析到現場實際查找到的故障點

（1）集電I線一處過線塔絕緣子時發現三相短路燒灼痕跡。采取措施：更換絕緣子。

（2）組織運行人員拆開主變低壓側封閉母線，發現BC短路。采取措施：更換封閉母線，熱縮絕緣套，確保絕緣距離。

（3）集電III線檢查到箱變B相絕緣子放電痕跡和C相電纜擊穿，采取措施：更換電纜頭。

（4）組織人員對保護裝置進行傳動試驗，聯系深圳南瑞廠家到現場對保護裝置進行檢查，綜合分析發現保護裝置電源模塊發生故障，跳閘出口信號沒有送到311開關，導致311開關拒動，主變后備保護越級動作。采取的措施：全部更換本批次保護裝置的電源模塊。

6 結語

風電場發生故障跳閘后，除及時聯系調度部門匯報后，應立即組織技術力量收集故障錄波的相關波形和保護裝置的相關報文，根據故障錄波和保護裝置的定值，結合當時的氣象條件，系統分析故障錄波和保護裝置的報文，判斷出故障可能發生的地點，指引運營人員巡視設備最終找到故障點，及時處理設備故障，降低發電損失。

TM407

A

1671-0711（2017）09（上）-0203-03