王 雷，信 珂，周志勇

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

近年來(lái),全球可再生能源的利用率在逐年增長(zhǎng)，特別是風(fēng)能發(fā)電，一直是世界上發(fā)展最快的。因?yàn)轱L(fēng)能為人們提供的不僅僅是電能，還可減少CO2的排放量，從而起到保護(hù)環(huán)境的作用。據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)（GWEC）公布的數(shù)據(jù)，2008年全球新增風(fēng)電總投資達(dá)475億美元，新增裝機(jī)容量達(dá)27.26 GW，比上年增長(zhǎng)36%。目前，全球風(fēng)電總裝機(jī)容量累計(jì)已達(dá)121.19 GW，與2007年相比增長(zhǎng)了30%。越來(lái)越多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性也產(chǎn)生了重大的影響，因此，提高風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)運(yùn)行管理水平，加深對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，具有十分重要的意義。下面結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)主變35 kV負(fù)荷側(cè)單相接地故障進(jìn)行了分析，并給出了解決方案。

1 風(fēng)電場(chǎng)一次主接線

風(fēng)電機(jī)組采用一機(jī)一變接線。風(fēng)電機(jī)組出口電壓690 V，由箱式變壓器升壓至35 kV，箱式變電站高壓側(cè)采用并聯(lián)接線方式，經(jīng)35 kV電纜母線匯流至升壓站。110 kV升壓站設(shè)1臺(tái)主變壓器，以1回110 kV線路接入系統(tǒng)。110 kV側(cè)采用線路-變壓器組接線，35 kV側(cè)采用單母線接線。風(fēng)電場(chǎng)一次主接線如圖1所示。

2 風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)配置

2.1 元件保護(hù)

2.1.1 變壓器保護(hù)

元件保護(hù)設(shè)計(jì)按照GB14285-1993《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》及國(guó)家電網(wǎng)公司《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》的規(guī)定，主變壓器保護(hù)為微機(jī)型保護(hù)，保護(hù)配置如下：

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為主變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。

110 kV側(cè)裝設(shè)有復(fù)合電壓閉鎖的方向過(guò)流保護(hù)和復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)，用于保護(hù)由于外部相間短路引起的變壓器過(guò)流和作為變壓器內(nèi)部故障的后備。

低壓側(cè)設(shè)有復(fù)合電壓閉鎖的速斷、過(guò)流保護(hù)。為保護(hù)外部接地短路引起的變壓器過(guò)流和作為變壓器內(nèi)部接地故障的后備，變壓器設(shè)零序電流、電壓保護(hù)。

非電量保護(hù)主要有：本體的重瓦斯保護(hù)，和反應(yīng)本體輕瓦斯、壓力釋放及溫度過(guò)高的信號(hào)裝置。

2.1.2 35 kV線路保護(hù)

圖1 風(fēng)電場(chǎng)一次系統(tǒng)主接線示意圖

35 kV保護(hù)采用微機(jī)型保護(hù)、測(cè)控二合一裝置，裝于35 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。線路保護(hù)配三段定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、三相一次重合閘。

2.1.3 接地變保護(hù)

接地變壓器保護(hù)配三段定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、0.4kV側(cè)零序定時(shí)限過(guò)流保護(hù)。

2.2 系統(tǒng)繼電保護(hù)

根據(jù)GB14285-93《繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》及接入系統(tǒng)報(bào)告要求，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)繼電保護(hù)配置。

110 kV線路保護(hù)。本期110 kV出線1回，按照對(duì)側(cè)無(wú)電源，線路主保護(hù)配置光纖電流差動(dòng)保護(hù)，含有相間、接地距離及零序電流保護(hù)，檢無(wú)壓、檢同期三相重合閘、及三相操作箱。

110 kV母線保護(hù)。本期110 kV主接線為單母線接線，配置一套獨(dú)立的、快速的、靈敏的微機(jī)型母線差動(dòng)保護(hù)。

110 kV故障錄波。本工程對(duì)110 kV系統(tǒng)配置一面故障錄波器柜（80路）。

繼電保護(hù)試驗(yàn)電源。考慮系統(tǒng)保護(hù)的發(fā)展，及方便保護(hù)與綜合自動(dòng)化接口，采用標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)約。為方便保護(hù)調(diào)試，配置一面繼電保護(hù)試驗(yàn)電源柜。

3 中性點(diǎn)運(yùn)行方式及其特點(diǎn)

3.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移，等于一相相電壓。接地點(diǎn)電流為非故障相對(duì)地電容電流的和，數(shù)值為正常運(yùn)行時(shí)一相對(duì)地電容電流的3倍。但線電壓仍然對(duì)稱，可以繼續(xù)運(yùn)行2 h。因存在接地容性電流,故在接地點(diǎn)有電弧。

3.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓。中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移,等于一相相電壓。該電壓作用在消弧線圈上，將產(chǎn)生感性電流。該電流與接地點(diǎn)非故障相對(duì)地電容電流的和進(jìn)行疊加彼此補(bǔ)償，數(shù)值上小于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)對(duì)地容性電容電流。但線電壓仍然對(duì)稱，可以繼續(xù)運(yùn)行2 h。

表1

3.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電壓仍然為零，非故障相對(duì)地電壓保持相電壓不變，故障相接地后即通過(guò)接地中性點(diǎn)形成單相短路。發(fā)生單相短路時(shí)保護(hù)應(yīng)立即動(dòng)作于跳閘，切除故障。

4 主變35 kV側(cè)單相接地故障分析

由于主變35 kV側(cè)接地變的存在，主變35 kV側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，具體原因如下：

當(dāng)主變35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地故障時(shí)，由于接地變的存在，系統(tǒng)相當(dāng)于中性點(diǎn)直接接地，A相電壓變?yōu)榱?，B、C兩相電壓仍為相電壓；A相接地后，通過(guò)接地中性點(diǎn)形成單相短路，A相短路電流變?yōu)?I0，B、C兩相電流為零。主變35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地故障時(shí)，系統(tǒng)各部分電壓、電流如下表1所示。

35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地電流分布圖如圖2所示，當(dāng)35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地故障時(shí)，保護(hù)繼電器中有差動(dòng)電流，主變保護(hù)的縱差會(huì)誤動(dòng)作。

圖2 35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地電流分布圖（無(wú)零序CT）

5 主變35 kV側(cè)單相接地主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)解決方案

在接地變處安裝三相CT，將該部分電流也差到保護(hù)繼電器，此時(shí)，35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地電流分布圖如圖3所示，差動(dòng)保護(hù)繼電器中無(wú)差動(dòng)電流流過(guò)，主變差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，由主變的零序過(guò)流保護(hù)作為接地故障的遠(yuǎn)后備保護(hù)。

圖3 35 kV負(fù)荷側(cè)A相接地電流分布圖（有零序CT）

6 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等綜合性學(xué)科的技術(shù)。我國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，因此風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景，而風(fēng)能利用必將為我國(guó)的環(huán)保事業(yè)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整做出巨大貢獻(xiàn)。本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)主變35 kV負(fù)荷側(cè)單相接地會(huì)引起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作進(jìn)行了分析，并給出了相應(yīng)的解決方法，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

［1］ 賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.北京：水利電力出版社.

［2］ 能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社.