新能源發(fā)電站集電線路零序過流保護不正確動作原因分析及治理策略研究

張俊翔，郭向姝

（中國廣核集團新能源投資公司（深圳）內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

新能源場站集電線路故障多為架空線路接地或箱變絕緣問題導致的單相接地。依照保護配置原則，相應集電線路的零序保護會在第一時間跳開故障線路，將故障隔離，非故障部分繼續(xù)發(fā)電上網(wǎng)。但由于新能源場站在新建、運維過程中，對低壓側保護的重視度不足，導致低壓側零序保護在定值配合以及相關設備性能、安裝工藝等方面存在諸多隱患，造成集電線路零序保護誤動、拒動、越級跳閘，甚至發(fā)電站脫網(wǎng)事故。

1 集電線路零序過流保護存在的隱患

研究2019-2020年零序保護不正確動作案例，分析其原因，可歸納為定值級差配合與設備制造安裝兩方面。

1.1 定值級差配合問題

繼電保護的級差配合是指在繼電保護系統(tǒng)配置中，通過定值和時間的階梯性整定（即越靠近故障點其定值越大、時間越短），來滿足選擇性要求，如圖1所示，一般情況下，低壓側零序過流保護系統(tǒng)定值配置：集電線路9201零序過流保護距離故障電最近，其定值最大、時間最小，至主變低后備零序過流保護Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時限定值逐級減小，時間逐級增大。當9201集電I線發(fā)生接地故障后，應先由9201保護裝置過流I段切除故障線路；當9201保護失效時，由主變低后備零序保護在Ⅰ時限跳開低壓側分段斷路器912（根據(jù)912投退情況選配）；若故障未切除再由主變低后備零序保護在Ⅱ時限跳開低壓側斷路器902；若故障仍為切除再由主變低后備零序保護在Ⅲ時限跳開高、低壓側斷路器202，按此順序逐級動作，以保證以最小停電范圍切除故障。

1.1.1 定值計算配合性問題

主變低后備及集電線路零序保護定值和時間配合問題。主要由以下三方面因素導致：

（1）新能源場站的定值計算大多委托第三方進行，部分定值計算方對于新能源場站的電力系統(tǒng)不熟悉，對風、光電站的并網(wǎng)要求和定值整定規(guī)程不熟悉，所計算出的上下級定值間定值差距過小；另一方面，新能源場站出于成本考慮，所采購的集電線路保護裝置穩(wěn)定性、靈敏性較差，綜合上述兩方面原因，容易導致集電線路拒動之后主變低后備動作，造成越級故障[1]。

（2）在新建、改建工程后，需要重新單獨整定集電線路或主變低壓側保護定值，由于新能源場站第三方的業(yè)務水平參差不齊，加之定值計算中的部分系數(shù)的經(jīng)驗值與原計算單位不同，導致計算后的定值失去級差配合性。

（3）變比問題。①新能源場站的低壓側設備管理不夠嚴格和細致，導致部分場站的CT參數(shù)、線路參數(shù)以及接地電阻等數(shù)據(jù)與臺賬數(shù)據(jù)不符；②技改或其他新建、改建項目導致參數(shù)發(fā)生變化后，臺賬未及時更新。以此計算出的定值無法滿足級差配合，導致保護誤動或拒動；③由于運維人員技術水平限制，將主變低壓側電流互感器與零序電流互感器（線路電流互感器與線路零序電流互感器）混淆，致使變比參數(shù)上報不正確。

1.1.2 斷路器動作的配合性問題

正常情況下，零序過流保護斷路器應按本文1.1節(jié)所述順序動作，以停電范圍最小為原則逐級跳開斷路器。在分析近期故障和排查現(xiàn)場隱患時發(fā)現(xiàn)，部分新能源場站主變低后備僅配置一段零序過流保護，當集電線路發(fā)生接地故障且線路斷路器拒動時，低后備保護越級動作直接跳開主變高、低壓側，導致新能源場站脫網(wǎng)事故[2]。

1.2 采用零序電流互感器帶來的隱患

目前保護裝置對于零序電流的采集主要有“自產(chǎn)”和“外接”兩種方式：自產(chǎn)零序電流是指在三相線路上各裝一個電流互感器（即線路電流互感器），保護裝置內(nèi)部通過向量和計算零序電流（即IA+IB+IC=Io，Io為零序電流）；外接零序電流是指或讓三相導線一起穿過一零序CT，或在中性線（N線）上安裝一個零序電流互感器，此時零序互感器感應到的是三相電流的和電流（即Io）。

新能源場站的集電線路零序電流大都采用自產(chǎn)零流（保護裝置將線路電流互感器采集到的負荷電流進行向量和運算得到）；部分場站采用外接零序電流，也就是通過零序電流互感器采集，這類互感器現(xiàn)實中應用相對較少，所以無論供貨方還是施工方對于質(zhì)量的把控都不夠嚴格，因其導致集電線路零序過流保護不正確動作故障頻繁發(fā)生。筆者總結歷年事故原因，主要有以下兩方面原因：

1.2.1 制作工藝粗糙

由于零序電流互感器在新能源場站使用較少，因此導引發(fā)的故障、隱患問題也相對不引起重視，導致許多生產(chǎn)廠家偷工減料、降低各項指標，主要問題體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）磁路不完全閉合。制作工藝粗糙導致零序電流互感器磁路閉合不完全，使運行中的外接零序電流采樣值偏小，集電線路零序過流保護拒動，最終由主變低后備零序過流保護動作跳閘斷開所有集電線路，造成越級故障，導致發(fā)電量的額外損失甚至造成發(fā)電脫網(wǎng)事故。

（2）二次帶載能力。部分零序電流互感器由于制作工藝問題，其允許的最大二次負載不能達到設計要求的裕度，僅滿足投運初期零序電流互感器的二次負載。當零序電流互感器運行一段時間，由于振動、灰塵、積碳使接線位置接觸電阻增大，二次負載的總電阻大于零序電流互感器的最大允許負載，致使零序電流采樣偏小，導致保護拒動，發(fā)生越級故障。該類型的隱患較為隱蔽，在后續(xù)的運維中應引起重視[3]。

（3）老化嚴重。部分零序電流互感器由于制作工藝粗糙、選材不達標等問題導致老化速度過快，運行3-5年以后出現(xiàn)變比誤差、勵磁特性曲線不合格等問題。

（4）銘牌工藝。銘牌的設計和制作工藝粗糙，部分互感器出廠時銘牌數(shù)據(jù)與實測變比嚴重不符，還有部分銘牌粘貼不牢固，運行1-2年后就出現(xiàn)風干脫落，運維人員在上報參數(shù)時無法再次核對[4]。

1.2.2 安裝工藝問題

由于現(xiàn)場使用較少，柜內(nèi)零序電流互感器一直屬于變電站交接驗收死角，因此，部分施工隊伍通過降低安裝工藝標準減少工作量，也為后期使用遺留了不少隱患，通過匯總分析主要有以下兩點：

一次電纜屏蔽層接地問題。集電線路一次電纜金屬屏蔽層接地點與零序電流互感器安裝位置較為接近，在現(xiàn)場安裝中若不嚴格按規(guī)范要求進行接地安裝，會導致屏蔽層內(nèi)的電流穿過運行中的零序電流互感器，嚴重影響零序電流采樣精度。

開口式零序電流互感器安裝問題。開口式零序電流互感器在安裝時，上下兩部分中的接觸面（硅鋼片）錯位或未完全接觸，導致磁路未完全閉合，致使采樣誤差增大。

2 集電線路零序過流保護不正確動作治理策略

2.1 零序過流保護定值排查

對于零序過流保護定值的排查，著重注意以下幾個方面：

2.1.1 各級零序保護配置

結合《光伏發(fā)電站繼電保護技術規(guī)范（GB/T 32900-2016）》“6.2.10 中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，零序電流Ⅰ段對本線路末端單相接地故障有靈敏度，靈敏系數(shù)不小于2，動作時間應滿足光伏發(fā)電站運行電壓適應性要求”“6.2.11中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，零序電流Ⅱ段按可靠躲過線路電容電流整定，時間可比零序電流Ⅰ段多一個級差。”以及“6.5.10中零序I段按匯集線路末端接地故障有足夠靈敏度整定，靈敏系數(shù)不小于2，動作時間應大于母線各連接元件零序電流Ⅱ段的最長動作時間。零序Ⅱ段按單相高阻接地故障有靈敏度整定，動作時間放大零序電流Ⅰ段的動作時間。”要求，排查定值級差配置。《并網(wǎng)風電場繼電保護配置及整定技術規(guī)范（DL/T 1631-2016）》要求與其基本一致，在此不做贅述[5]。

2.1.2 時間級差

根據(jù)《光伏發(fā)電站繼電保護技術規(guī)范（GB/T 32900- 2016）》6.1.9條規(guī)定：“保護配合宜采用0.3s的時間級差”和《并網(wǎng)風電場繼電保護配置及整定技術規(guī)范（DL/T 1631-2016）》—“保護配合宜采用0.3s的級差”要求，結合繼電保護定值整定經(jīng)驗，上下級時間級差最小不得小于0.2s，結合2.1.1要求，可以總結為：集電線路零序過流I段動作時間最短；集電線路零序過流Ⅱ段保護動作時間至少大于零序過流Ⅰ段0.2s；主變低后備零序過流I段動作時間至少要大于集電線路零序過流Ⅱ段0.2s；主變零序過流Ⅱ段保護動作時間至少大于主變零序過流Ⅰ段0.2s，如圖2所示。

2.1.3 參數(shù)核對

首先要核對主變低后備和集電線路保護裝置零序過流保護所選用的零序電流方式是“自產(chǎn)”還是“外接”；然后核對所選方式運用的電流互感器變比是否與定值單參數(shù)一致[6]。

2.2 零序電流互感器排查

2.2.1 零序電流互感器一次電纜屏蔽線安裝工藝

可根據(jù)《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范(GB 50168-2018)》[7]中7.2.8規(guī)定“電力電纜金屬護層接地線未隨電纜芯線穿過互感器時，接地線應直接接地（如圖3）；接地線隨電纜芯線穿過互感器時，接地線應穿回互感器后接地（如圖4）”的要求，排查現(xiàn)場零序電流互感器安裝工藝。

2.2.2 開口式零序電流互感器安裝問題

現(xiàn)場排查開口式零序電流互感器兩部分是接觸面否對正、無偏斜；檢查螺絲是否緊固，接觸面是否壓實。

3 預防措施

3.1 定值校核

第三方完成定值整定后，現(xiàn)場電氣專工或繼保人員應參照《光伏發(fā)電站繼電保護技術規(guī)范（GB/T 32900-2016）》[8]《并網(wǎng)風電場繼電保護配置及整定技術規(guī)范（DL/T 1631-2016）》及其他定值計算相關規(guī)程，結合現(xiàn)場運行實際，再次核對零序過流保護電流方式與變比參數(shù)、過流保護及零序保護時間級差配合性、各級保護斷路器動作配置等。

3.2 工程質(zhì)量

現(xiàn)場在進行與零序互感器相關新建、改建、擴建及技改工程交接驗收時，應參照相關規(guī)范，從設備質(zhì)量及施工工藝兩個方面嚴格把關[9]。

3.2.1 設備質(zhì)量

對于交接試驗做到應檢必檢，尤其是線路零序電流互感器，核對銘牌參數(shù)與現(xiàn)場試驗結果是否一致，尤其是變比、驗勵磁特性及最大允許二次負載，防止發(fā)生因二次帶載能力不夠，致使負荷電流升高時，采樣誤差增大，從而導致線路保護拒動。

3.2.2 施工工藝

主要是零序電流互感器的安裝工藝，應嚴格按照相關規(guī)程規(guī)范驗收，尤其是一次電纜金屬屏蔽層的接地方式應本文2.2.1所述方式施工。

4 結語

本文依據(jù)相關規(guī)程，結合近年來新能源發(fā)電站集電線路零序保護不正確動作事故案例，深入分析、匯總歸納零序過流保護動作不正確的各方面原因，并有針對性地制定包括前端預防、運行維護、專項治理在內(nèi)的多維度、立體式治理策略。