風(fēng)電場主變跳閘繼電保護(hù)動(dòng)作分析

謝麗娜

山西龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司 山西太原 030006

1 故障時(shí)運(yùn)行工況

系統(tǒng)故障前運(yùn)行方式如下圖所示：

220kV1線、220kV2線運(yùn)行；220kVA母及其附屬設(shè)備運(yùn)行，1#主變及35kVⅠ段母線運(yùn)行，#1站用變311開關(guān)、集電I線312開關(guān)、集電II線313開關(guān)、集電III線314開關(guān)運(yùn)行；1#無功補(bǔ)償裝置315開關(guān)運(yùn)行[1]。

故障前全場平均風(fēng)速2.5m/s，全場風(fēng)機(jī)待機(jī)，沒有出力，主變功率接近為0。

2 故障簡述

2019年06月07日14時(shí)08分27秒872毫秒，集電I線312開關(guān)跳閘，過流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流20.517A；

現(xiàn)場雷雨天氣，全場平均風(fēng)速2.5m/s。

3 保護(hù)動(dòng)作情況

000ms，集電I、II、III線保護(hù)啟動(dòng)、主變保護(hù)高后備、低后備過流元件啟動(dòng)。

295ms，集電I線過流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流二次值為20.517A，一次值為8200A。

360ms，集電I線312開關(guān)跳閘。

500ms，主變高壓側(cè)復(fù)壓過流I段過流保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流二次值為1.168A，一次值為934A。

500ms，主變低壓側(cè)復(fù)壓過流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流二次值為2.913A，一次值為5826A。

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560ms，#1主變低壓側(cè)301開關(guān)跳閘。

保護(hù)定值：

集電I、II、III線過流I段：2.5A（一次1000A），0.3s，帶方向閉鎖。

主變高壓側(cè)后備過流保護(hù)：0.6A（一次480A），0.5s，帶高低壓復(fù)壓閉鎖。

主變低壓側(cè)后備過流保護(hù)：1.2A（一次2400A），0.5s，帶高低壓復(fù)壓閉鎖。

4 保護(hù)動(dòng)作后的檢查

18時(shí)15分，巡視發(fā)現(xiàn)集電I線#10風(fēng)機(jī)箱變高壓室電纜頭B、C相擊穿。

5 故障及原因分析

000ms：

風(fēng)電場集電線路進(jìn)站終端塔處遭受雷擊，主控室可以看到較亮的閃電，且雷擊聲音較大。初步判定為球狀閃電。

在雷電過電壓作用下，集電I線10號(hào)箱變B相電纜頭絕緣擊穿，直接接地。

集電線路II、集電線路III為同塔雙回，在雷擊的作用下，集電線路II的A相、集電線路III的A、C相同時(shí)發(fā)生閃絡(luò)[2]。

240ms：

集電I線10號(hào)箱變C相電纜頭絕緣擊穿，BC相間短路接地故障。

集電線路II的A相、集電線路III的A、C相繼續(xù)發(fā)生閃絡(luò)未熄弧。

360ms：

集電I線跳閘。

集電線路II的A相、集電線路III的A、C相繼續(xù)發(fā)生閃絡(luò)未熄弧。

580ms：

主變高后備、低后備保護(hù)動(dòng)作，主變低壓側(cè)301開關(guān)跳開。

6 保護(hù)動(dòng)作情況

000ms，集電I、II、III線保護(hù)啟動(dòng)、主變保護(hù)高后備、低后備過流元件啟動(dòng)。

295ms，集電I線過流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流二次值為20.517A，一次值為8200A。

360ms，集電I線312開關(guān)跳閘。集電II、III線未跳閘，故障持續(xù)存在。

500ms，主變高壓側(cè)復(fù)壓過流I段過流保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流二次值為1.168A，一次值為934A。

500ms，主變低壓側(cè)復(fù)壓過流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流二次值為2.913A，一次值為5826A。

560ms，#1主變低壓側(cè)301開關(guān)跳閘。

7 集電II、III線保護(hù)未動(dòng)作原因

000ms，集電I、II、III線同時(shí)遭受雷擊時(shí)，集電II線A相過流I段啟動(dòng)、A相方向元件啟動(dòng)。

240ms，集電I線B相單相接地發(fā)展為BC相相間短路接地，BC相母線電壓大幅下降。由于母線BC相電壓過低，導(dǎo)致集電II線線路方向元件無法判斷方向，方向判據(jù)返回。

360ms，集電I線跳閘將集電I線故障點(diǎn)切除后，母線電壓升高，集電II線A相方向元件重新動(dòng)作。

560ms，主變后備保護(hù)動(dòng)作，切除故障。此時(shí)未達(dá)到集電II線過流I段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限0.3s，集電I線13開關(guān)動(dòng)作。

通過集電III線保護(hù)裝置導(dǎo)出的錄波圖分析

000ms，在集電I、II、III線同時(shí)遭受雷擊時(shí)，集電III線A、C相過流I段保護(hù)同時(shí)啟動(dòng)。

240ms，集電I線B相單相接地發(fā)展為BC相相間短路接地，母線電壓大幅下降。由于母線電壓過低，導(dǎo)致集電III線線路方向元件無法判斷方向，方向信號(hào)返回；

360ms，集電I線跳閘將集電I線故障點(diǎn)切除后，母線電壓升高，集電III線方向元件重新動(dòng)作

560ms，主變后備保護(hù)動(dòng)作，切除故障。未達(dá)到集電III線過流I段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限0.3s，集電III線314開關(guān)未動(dòng)作。

8 結(jié)語

06月07日14時(shí)左右，風(fēng)電場所在區(qū)域遭受極端強(qiáng)雷暴天氣，導(dǎo)致風(fēng)電場3條集電線架空線路全部遭受雷擊，箱變高壓側(cè)電纜頭在制作工藝和質(zhì)量上存在不足，造成電纜頭絕緣薄弱地方被擊穿，形成相間短路，導(dǎo)致集電I線跳閘；同時(shí)集電II、III線出現(xiàn)雷電拉弧短路接地故障，由于集電I線故障導(dǎo)致35kV母線電壓大幅下降接近于零，使集電II、III線過流I段方向判定元件失效，方向信號(hào)發(fā)生中斷。在切除集電I線后母線電壓升高，集電II、III線方向元件重新動(dòng)作，在達(dá)到動(dòng)作時(shí)限0.3s前，主變高壓后備過流I段1時(shí)限與主變低壓后備過流I段1時(shí)限保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致#1主變低壓側(cè)301開關(guān)跳閘[3]。

9 整改措施及建議

（1）更換集電I線#10風(fēng)機(jī)箱變高壓室電纜頭。

（2）結(jié)合春檢預(yù)試做好電纜頭試驗(yàn)，對(duì)有問題的及時(shí)進(jìn)行更換。

（3）根據(jù)《并網(wǎng)風(fēng)電場繼電保護(hù)配置及整定技術(shù)規(guī)范》（DL/T1631-2016）第6.2.3條：“過電流保護(hù)可不經(jīng)方向控制，不經(jīng)電壓閉鎖”。重新核定站內(nèi)35kV集電線路定值，退出過流I段的方向元件判據(jù)。