湖北某光伏電站的接地變保護整定計算

許 飛

湖北鑫華源電力工程建設有限公司，湖北 武漢 430077

0 引言

光伏電站35 kV系統中接地變繼電保護整定的準確性，不僅關系著光伏企業的設備利用率及發電效益，更關系著電網的穩定與安全。文章針對光伏電站常規設計，以湖北某光伏電站為例，進行了接地變保護定值整定計算。

1 光伏電站概況

湖北某光伏電站裝機容量為70 MW，交流并網電壓為35 kV，由箱變逆變器一體化機房將0.6～35 kV的交流進行一級升壓并網。該光伏電站擁有1臺75 MVA的110 kV主變壓器，電站110 kV側采用線變組接線，35 kV配電裝置采用單母線接線。接線包含采用架空線路的集電線路間隔2回、接地變及小電阻1回、SVG間隔1回、PT間隔1回及35 kV主進間隔1回，35 kV系統為低電阻接地系統。

1.1 系統參數

該光伏電站的110 kV母線的等效阻抗、計算基準值分別如表1、表2所示。

表1 110 kV母線等效阻抗（標幺值）

表2 光伏電站的計算基準值

1.2 主設備參數

該光伏電站的主設備參數如表3、表4所示。

表3 主變壓器參數

表4 接地變參數

2 主設備的等效阻抗及短路電流的計算

系統容量SB=100 MVA，依據《大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術》[1]《電力系統繼電保護原理》[2]中的計算方法，可以計算出各元件阻抗標幺值及各短路點短路電流。計算結果如表5、表6所示。根據各元件等效阻抗標幺值繪制的系統阻抗圖如圖1所示。圖1中，X1為系統電抗；X2為主變電抗；X3為#1集電線路電抗；X4為#1集電線路到最遠處箱變的電纜電抗；X5為最遠處箱變電抗；X6為接地變電抗。

表5 各元件等效阻抗

表6 各短路點短路電流

圖1 湖北某光伏電站系統阻抗圖

3 35 kV接地變保護整定計算

需要進行保護整定計算的保護配置包括過流Ⅰ段、過流Ⅱ段、零序Ⅰ段、零序Ⅱ段、過負荷和低壓側零序過流，相關參數如下：變比為100/1 A；零序電流變比為300/1 A；額定電流為9.83 A。

3.1 過流Ⅰ段的保護整定計算

3.1.1 動作電流

依據《光伏發電站繼電保護技術規范》（GB/T 32900—2016）[3]的整定原則，為了保證接地變壓器電源側在最小方式下的相間短路時有足夠靈敏度，并躲過勵磁涌流，一般取7～10倍額定電流。

式中：Iop為動作電流；K為額定電流倍數，取10；Ie為額定電流；nTA為電流互感器的變比。

3.1.2 靈敏度校驗

在最小方式下，變壓器高壓側出口兩相金屬性短路有足夠靈敏度，Ksen≥1.5。

式中：Ksen為靈敏系數；為短路電流最小時的兩相短路電流。計算結果滿足要求。

3.1.3 動作時間定值

依據《光伏發電站繼電保護技術規范》（GB/T 32900—2016），動作延時取t=0 s。

3.2 過流Ⅱ段保護整定計算

3.2.1 動作電流

依據《廠用電繼電保護整定計算導則》（DL/T 1502—2016）[4]，按躲過變壓器的勵磁涌流計算動作電流。

式中：Krel為可靠系數。

3.2.2 動作時間定值

與接地變零序Ⅱ配合，可得：

式中：t1.2為接地變零序Ⅱ段動作時間，t1.2=1.1 s；Δt為時間級差，依據《3 kV～110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》（DL/T 584—2017）[5]，Δt取0.3 s；t為動作時間，t=1.4 s。

3.3 零序Ⅰ段保護整定計算

3.3.1 動作電流

依據《光伏發電站繼電保護技術規范》（GB/T 32900—2016）進行單相接地故障靈敏度整定，靈敏系數不小于2，動作時間應大于母線各連接元件的零序Ⅱ段動作時間。

接地變零序阻抗Z0=106.8+j121.68，根據《電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分）》中第三章相關內容可得知電容電流遠大于中性點接地電阻值，故在后面的零序短路電流計算中，可忽略電容電流對故障點零序短路電流的影響。動作電流的計算式如下：

式中：I0z為零序電流；j為正弦電流電路中，復數阻抗的虛部。

3.3.2 靈敏度校驗

靈敏系數按照Ksen=2整定，靈敏系數滿足要求。

3.3.3 動作時間定值

與集電線路零序Ⅱ段進行配合，可利用式（4）計算動作時間定值，t1.2=0.5 s，Δt取0.3 s，動作時間t=0.8 s。

3.4 零序Ⅱ段保護整定計算

3.4.1 動作電流

按可靠躲過線路的電容電流進行整定，動作時間應大于接地變零序Ⅰ段的動作時間。根據《廠用電繼電保護整定計算導則》（DL/T 1502-2016），一次電流取30 A，可靠系數取1.5。

3.4.2 動作時間定值

與接地變零序Ⅰ段進行配合，可利用式（4）計算動作時間定值，t1.2=0.8 s，Δt取0.3 s，動作時間t=1.1 s。

3.5 過負荷保護整定計算

式中：Kr為返回系數。t=9 s時發信號。

3.6 低壓側零序過流保護整定計算

依據《廠用電繼電保護整定計算導則》（DL/T 1502—2016）進行整定，低壓側中性點零序變比為500/1 A，低壓側一次額定電流為

式中：Krel為可靠系數，取值范圍為1.3～1.5；Iunb為變壓器最大負荷的不平衡電流一次值，取值范圍為0.2～0.5；Ie為變壓器低壓側一次額定電流；na0為變壓器低壓側中性點零序電流互感器變比；IOP為動作電流?？傻茫?/p>

此時，動作時間t=2 s。

4 結束語

在實際工程應用中，不同人員計算出來的數值不完全相同，需要現場調試和運行人員在實際運行中進行檢驗,并且隨著系統參數、運行工況的變化而修改。通過接地變配置的合理保護、正確的整定計算，可以為接地變及電網的安全可靠運行提供保障。