一起光伏電站35 kV 接地變保護跳閘事件原因分析

袁曉博

（五凌電力有限公司，長沙 410004）

0 引言

光伏發電在越來越多國家和地區實現平價上網解決經濟性瓶頸后，必將成為普惠能源。近年來，我國隨著光伏裝機規模快速增長和光伏發電技術不斷進步，設備制造等建設成本快速下降，使光伏發電的市場競爭力顯著提升，光伏行業技術性成本大幅降低，確立了中國光伏產業的全球領先地位［1]。據統計，自21世紀以來，光伏發電電池轉換效率增長69%，年新增裝機規模擴大500 倍，成本下降90%以上，光伏發電作為第一替代能源的共識正在形成［2]。然而，通常光伏電站由相距較遠的各場區以35 kV 電纜或架空方式匯集，其線路較長，自然導致其系統電容電流數值大增，安全問題成了懸在光伏產業頭頂上的一把利劍［3]。據統計，全國已出現多起因單相接地故障不能快速切除導致故障擴大并成為光伏發電大規模脫網的主要原因［4]。因此，對于35 kV 系統電容電流數值較大的光伏發電站，接地方式的合理選擇將直接影響到光伏電站電氣設備的運行安全。考慮系統出現故障時，接地電弧可以自熄，降低間隙性弧光接地過電壓，同時提供足夠的電流和零序電壓，使接地保護可靠動作［5-7]。本文就某光伏電站一起35 kV母線短時接地導致接地變保護跳閘事件過程進行詳細介紹與分析，提出相應整改措施。實踐證明，其方法可有效預防類似事故再次發生，并可為光伏行業類似故障處理提供借鑒與參考。

1 事件過程

圖1所示為涉事光伏電站電氣主接線圖。事件發生前，35 kV出線402 斷路器合閘，35 kV 母線、接地變兼站用變、SVG變壓器、2條集電線路均正常運行；全場總共帶約0.26 MW負荷。4月9日11時42分50秒集控中心上位機報接地變兼站用變412保護告警。4月9日11時42分51秒上位機報402 斷路器分閘，接地變兼站用變412保護過流Ⅰ段、過流Ⅱ段動作，412 斷路器分閘，35 kV 母線PT 柜零序過壓保護動作，SVG408斷路器跳閘。4月9日11時42分56秒上位機報防孤島保護低電壓Ⅰ、Ⅱ段保護動作、跳閘。4月9日12時08分被告知站內檢查無異常，詢問對側無異常，向調度申請試送電。4月9日12時15分35 kV出線402斷路器合閘，母線帶電運行正常。

保護動作過程：4月9日11時42分49秒611毫秒，站用變保護裝置PCS-6921保護啟動，1005 毫秒過流Ⅰ段、Ⅱ段出口。4月9日11時42分06秒601 毫秒，母線電壓保護裝置PCS-9628保護啟動，1005 毫秒零序過壓保護出口，2242毫秒母線低壓Ⅰ、Ⅱ段保護動作。4月9日11時42分50秒726毫秒，防孤島保護裝置PCS-9617保護啟動，5154毫秒低電壓Ⅰ、Ⅱ段保護動作啟動。

圖1 電氣主接線圖

2 結果分析及整改措施

2.1 故障分析

故障發生后，按照先一次后二次，先回路后裝置的步驟逐步進行排查，再通過分析故障錄波，確定故障范圍。圖2 ～3所示分別為故障發生時35 kV母線電壓故障錄波圖與接地變電流錄波圖。因保護裝置未接入GPS對時系統，保護裝置顯示時間不正確，具體時間只能根據監控系統信號先后順序推斷。由故障錄波圖可以看出，最先動作的保護是接地變過流保護（保護定值1 s、0.2 A），出口斷路器為35 kV出線402斷路器與接地變412斷路器；同時35 kV母線也啟動保護動作，出口斷路器為35 kV出線402斷路器、SVG408 斷路器、接地變412 斷路器。從圖2與圖3進一步分析可以明顯看到，35 kV母線B相電壓降低，零序電壓升高，應為B 相存在單相接地情況，導致35 kV 母線零序過壓保護出口。由于35 kV 系統為經接地變接地系統，故零序電流流過接地變A、B、C三相，導致接地變出現三相同相電流情況，接地變啟動過流保護動作。35 kV母線零序過壓保護與接地變過流保護動作時間均為1 s，保護跳閘后35 kV母線保護報低壓Ⅰ、Ⅱ段保護動作，保護跳閘5 s后防孤島保護報低電壓Ⅰ、Ⅱ段保護動作。

圖2 35 kV母線電壓故障錄波圖

圖3 接地變電流錄波圖

2.2 故障判斷

鑒于后期35 kV 母線已恢復上電，運行正常，結合上述分析確定的故障范圍，初步判斷此次故障為35 kV 母線單相短時接地故障。進一步通過現場檢查測試，綜合電站實際情況考察，最后提出35 kV 母線單相短時接地故障的主要原因可能是多雨多霧，空氣濕度較大，引起絕緣套管凝露閃絡及電站附近空氣灰塵較多（或其他污穢顆粒）導致的污閃。在兩種因素共同作用下，使母線絕緣下降，進而出現母線單相接地或單相短時接地故障現象。

2.3 整改措施

目前電力系統常用的防凝露閃絡方法有［8]：開關柜下邊的電纜溝、電纜隧道加裝排潮設施，其出入口嚴密封閉防水；密閉開關柜出線室底板以防小動物進入；選用開關柜內支柱絕緣子的合適的爬電比距；高壓室裝設自然通風設施或安裝除濕機；利用停電機會定期清擦設備等。防污閃方法有［9]：避開污染源，采用室內變配電方式；采用增大泄漏比距的方法，限制其表面泄漏電流；定期清除和采用憎水涂料防止絕緣子表面污穢和受潮等。

基于上述故障分析與結果判斷，參考當前電力系統常用方法，結合光伏電站特點，提出以下整改方案：（1）為有效地防止母線絕緣下降，確保母線安全運行，加裝熱縮母排保護套管或使用防污絕緣涂料；（2）為防污閃，利用夜間光伏低發期定期對35 kV高壓室清掃且門窗盡量保持常閉；（3）采用碘鎢燈交替加熱各柜內母線及絕緣設備。經過1年多的運行實踐，此方法可有效防止35 kV 母線單相短時接地引發的接地變保護跳閘事件。

3 結束語

通過對光伏電站35 kV 母線單相短時接地導致接地變保護跳閘事件過程進行了分析，并對其故障產生原因進行了現場調查考察，指出凝露閃絡和污閃是母線單相接地或單相短時接地故障的主要原因，提出加裝熱縮母排保護套管或使用防污絕緣涂料、利用夜間光伏低發期定期對35 kV 高壓室門窗定期清掃且盡量保持常閉、碘鎢燈交替加熱各柜內母線及絕緣設備等整改措施。實踐證明，其方法能有效解決母線絕緣不良故障，確保運行安全。本文分析解決方案對光伏電站預防類似事件處理，確保電力系統安全、穩定可靠運行具有一定參考價值。