一起風電場35kV集電線零序過流保護誤動作原因分析及改進措施

鄭航

【摘? 要】風電場集電線含有較長電纜線路時，零序過流保護定值整定不但要考慮母線上接地變壓器零序電流，而且要充分考慮同一母線上其余電纜的電容電流對零序過流保護的影響，避免誤動作。

【關鍵詞】集電線;零序過流保護;電容電流

一、誤動作情況概述

貴麻風電場全場裝機容量170MW，安裝單機容量2.5MW風機68臺，各風力發電機機組經箱式變壓器將風機電壓由0.69kV升壓到35kV后，按多臺發電機變壓器組為一個集電單元，共10個集電單元接入兩段35kV母線。220kV升壓站安裝單臺容量為120MVA主變2臺，電壓等級220/35kV，升壓站最終以220kV牛舊線接入貴州電網。

風電場35kVⅠ段母線接有7條集電線及一臺Z型接地變，接地電阻50Ω，接地變無其他負載，每條集電線上帶有7臺容量為2750kVA的箱式變壓器（接線組別Dyn11），35kV系統為中性點經低電阻接地系統，集電線保護裝置為北京四方CSC-211線路保護測控裝置。

某日，35kVⅠ段母線上的集電四線于21：24：2.843零序過流Ⅰ動作，動作電流二次側3I0=2.08A，一次側3I0=208A，隨后同一段母線上的集電一線21：24：2.864零序過流Ⅰ動作，動作電流二次側3I0=0.7A，一次側3I0=70A，集電二線21：24：2.860零序過流Ⅰ動作，動作電流二次側3I0=0.5A，一次側3I0=50A，集電三線21：24：2.853零序過流Ⅰ動作，動作電流二次側3I0=0.38A，一次側3I0=38A，集電七線21：24：2.860零序過流Ⅰ動作，動作電流二次側3I0=0.30A，一次側3I0=30A，保護動作集電線路的開關均跳閘，其中集電線五、六線保護裝置未動作。經檢查集電一、二、三、七線相間及對地絕緣合格，未出現接地現象，集電四線3號塔C相引流線斷裂并與桿塔接觸，發生金屬性接地造成零序過流保護動作。

二、誤動作原因分析

三相交流系統正常運行時，導線與大地形成電容，因每相輸電線路的線徑、長度及絕緣材料均相同，三相輸電線路對有相同的對地電容，在大小相同的相電壓作用下三相電容電流大小相等，相角相差120°，三相電容電流之和等于零，電容電流產生相應的無功功率。

在中性點經小電阻接地系統中，當系統發生單相接地時故障時，非故障相電壓升高至倍相電壓，故障點的零序電壓等于相電壓，故障相對地電容被短路，故障線路零序電流等于同一母線上非故障設備的零序電流之和，非故障線路的零序電流等于3倍單相電容電流，接地變的零序電流（R為接地電阻）。

當貴麻風電場集電四線C相發生單相接地短路時，零序電流從故障點流出，經過母線分別流向非故障線路及接地變，再通過線路對地電容及接地電阻回到大地，集電四線零序電流3I0等于非故障集電線和接地變零序電流的向量和。35kVⅠ段母線零序網絡如下圖。

貴麻風場集電線為交聯聚乙烯絕緣地埋電纜與架空線路相結合，并且電纜線路較長，電纜產生的電容電流較大。根據交聯聚乙烯絕緣電纜單相接地電容電流計算公式：

式中S-電纜截面積（mm）

U-電纜線電壓（kV）

L-電纜長度（m）

經計算，各集電線電容電流值如下表：

貴麻風場每條集電線保護用的零序CT變比為100/1A，保護裝置零序過流一段定值為0.25A，時限0.5S，換算到一次側，當集電線零序電流大于25A并且持續時間達到0.5S時，保護裝置將動作跳閘。很明顯，當集電四線出現單相接地時，除了集電五、六線外其余五條集電線的單相接地電容流都超過整定值兩倍以上，因集電線及箱變存在感抗及阻抗，以及風機設備自身需消耗一定無功功率，往往集電線的實際單相接地電容電流比理論計算值小，集電五、六線的單相接地電容電流沒有達到動作值，所以當集電四線出現了單相接地故障時，同一母線上的集電線一、二、三、七線出現因電纜自身的電容電流引誤動作。

三、改進措施

中性點經小電阻接地系統有著接地工頻過壓低，工頻過壓持續時間短，有利于電氣設備的絕緣及避雷器的安全運行等優點，但系統發生單相接地時零序電流大，不能靠短時帶故障運行來保障供電的可靠性，需靠繼電保護迅速切除故障線路。

貴麻風電場35kV中性點經小電阻接地系統同一段母線連接的電纜線路多并且長，線路的單相接地保護定值整定應不只是考慮流過接地變接地電阻的零序電流，而且還要考慮所有電纜線路的電容電流，同一段母線上連接的電纜長且多時往往會出現電纜的單相接地電容電流比接地變接地電阻的零序電流還大的情況，當接地變零序保護動作作跳閘后，系統仍然有較多的零序電流存在，非故障線路的單相接地電容電流超過零序過流整定值時，也會誤動作。

3.1合理整定零序過流動作值。整定零序過流時動作值應按躲過被保護線路外部發生單相接地時的實際電容電流值整定，可靠系數一般按1.2培整定：

3.2利用零序功率方向保護。中性點經低電阻接地系統發生單相接地故障時，在故障點產生一個與其值與故障相大小相等、方向相反的的零序電壓，從而使整個系統出現零序電壓，故障線路的零序功率流從故障點流向母線，非故障線路的零序功率為母線流向線路，利用故障線路與非故障線路零序功率方向的不同整定零序功率方向保護也能避免非故障線路因電容電流引起的誤動作。

四、結束語

風電場風力發電機組較為分散，一般與升壓站距離較遠，將每臺風機連接起來的集電線路多為地埋電纜，并且距離較長，電纜產生的電容電流對繼電保護的影響是不可忽略的，在整定集電線零序過流保護帶定值時不但要考慮流經接地變接地電阻電流的大小，而且還要充分的考慮電纜電容電流對繼電保護的影響，整定零序過流定值應按躲過線路外部發生接地時的實際單相接地電容電流整定，避免出現誤動作，保障系統的安全穩定運行。

參考文獻：

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