劉振宇，陳輝，張艷鋒，郭玉龍

（華潤(rùn)電力北方大區(qū)，山西 太原 030000）

某風(fēng)電場(chǎng)主變跳閘處理分析

劉振宇，陳輝，張艷鋒，郭玉龍

（華潤(rùn)電力北方大區(qū)，山西 太原 030000）

風(fēng)電場(chǎng)多建設(shè)在偏僻的山區(qū),地形復(fù)雜、交通不便,風(fēng)電場(chǎng)人員配置較少,員工工作經(jīng)驗(yàn)少,繼電保護(hù)人員更少,當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)故障繼電保護(hù)動(dòng)作后,由于現(xiàn)場(chǎng)工作人員工作經(jīng)驗(yàn)較為缺乏,查找故障原因處理故障需要花費(fèi)大量時(shí)間,導(dǎo)致發(fā)電量損失較多。文章以某風(fēng)電場(chǎng)一次故障跳閘實(shí)例,通過(guò)分析保護(hù)裝置的動(dòng)作報(bào)文和故障錄波波形,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)人員快速找到故障點(diǎn)。

故障錄波；保護(hù)裝置；主變；跳閘

某風(fēng)電場(chǎng)安裝66臺(tái)單機(jī)容量為1500kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)總?cè)萘繛?9MW。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)箱式變升壓后，由5條35kV場(chǎng)內(nèi)集電線路輸送到升壓站內(nèi)，風(fēng)電場(chǎng)升壓站安裝1臺(tái)100000KVA（110/35kV）變壓器，110kV系統(tǒng)采采用“線路-變壓器組”接線方式，采用戶外敞開(kāi)式（GIS）布置，包括1個(gè)進(jìn)線間隔、1組母線PT、1個(gè)主變出線間隔。

1 風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)配置情況

該風(fēng)電場(chǎng)110kV線路主保護(hù)采用深圳南瑞ISA-311GA/B輸電線路成套保護(hù)裝置，保護(hù)包括四段相間距離、三段接地距離、零序電流保護(hù)、弱饋線保護(hù)、不對(duì)稱故障相繼速動(dòng)保護(hù)、低壓減載等保護(hù)。1#主變采用深瑞生產(chǎn)的雙套電氣量保護(hù)（型號(hào)為：PRS -778）和一套非電量保護(hù)（型號(hào)為：ISA-361A），主要配置有差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、主變高壓側(cè)后備保護(hù)和主變低壓側(cè)后備保護(hù)。35kV集電線路保護(hù)采用深圳南瑞科技有限公司生產(chǎn)的ISA-367G保護(hù)裝置，主要配置有：限時(shí)過(guò)流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、零序I段過(guò)流和零序II段過(guò)流保護(hù)。35kV電容器組配置一套深圳南瑞ISA-359G電容器保護(hù)裝置，保護(hù)配置二段式過(guò)流、過(guò)電壓、接地、不平衡電壓和零序差壓等保護(hù)。35kV SVG配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保護(hù)裝置，保護(hù)配置非電量保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等保護(hù)。35kV SVG連接變壓器保護(hù)配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保護(hù)裝置，保護(hù)配置非電量保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等保護(hù)。35kV場(chǎng)用變配備有一套深圳南瑞ISA-381G線路保護(hù)測(cè)控裝置，保護(hù)配置非電量保護(hù)、三段過(guò)流、過(guò)負(fù)荷等保護(hù)。

集電I線：ISA-367G保護(hù)裝置，保護(hù)CT變比：600/1，零序CT：75/1，主要投入的保護(hù)定值為：

限時(shí)速斷電流定值1．6A，延時(shí)：0．15s；定時(shí)限過(guò)流保護(hù)定值0．9A,延時(shí)：1s。

零序I段保護(hù)定值0．6A，延時(shí)：1s；零序II段過(guò)流定值：0．5A，延時(shí)：1．3s（以上保護(hù)全部跳集電I線311開(kāi)關(guān)）。

1#主變采用深圳南瑞有限公司生產(chǎn)的PRS-778，主變?nèi)萘浚?00MVA。

主保護(hù)：CT變比：110kV側(cè)=600/1，（5P40）35kV側(cè)=2400/1(5P30)

差動(dòng)速斷電流：2．4A；比率差動(dòng)啟動(dòng)電流：0．4A，比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)：0．5；本體重瓦斯：1米/秒；以上保護(hù)全部跳主變高壓側(cè)101開(kāi)關(guān)，主變低壓側(cè)301開(kāi)關(guān)；

本體輕瓦斯告警：A=300cm3，t=9s；壓力釋放告警：t=9s；油面溫度高告警：t=9s。

1#主變低壓測(cè)后備保護(hù)：CT變比：35kV側(cè)=2400/1(5P30)。

過(guò)流I段2時(shí)限（不經(jīng)低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖）：1A，延時(shí)0．3s，跳高低壓側(cè)；過(guò)流I段3時(shí)限（不經(jīng)低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖）：1A,0．6s，跳高低壓側(cè)；過(guò)流II段2時(shí)限（經(jīng)低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖）：0．84A，1．2s，跳低壓側(cè)開(kāi)關(guān)；過(guò)流II段3時(shí)限（經(jīng)低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖）：0．84A，1．5s，跳主變高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。（低壓側(cè)：70V，負(fù)序電壓：7V）。

1#主變高壓側(cè)后備保護(hù)：CT變比：110kV側(cè)=600/1,（5P40） 35kV側(cè)=2400/1(5P30)。

過(guò)流I段2時(shí)限（經(jīng)復(fù)壓閉鎖）：1．13A，1．8s，跳高壓側(cè)；過(guò)流II段1時(shí)限（經(jīng)復(fù)壓閉鎖）：1．13A，2．1s跳主變高低壓側(cè)；復(fù)壓閉鎖取主變高低壓側(cè)電壓，低壓側(cè)：70V，負(fù)序電壓：7V。

2 故障前的運(yùn)行方式

2014年5月17日，雷雨天氣。110kV#1主變運(yùn)行、35kV集電I線311開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV集電II線312開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV集電III線313開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV集電IV線314開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV集電V線315開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV#1站用變317開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV#1接地變321開(kāi)關(guān)運(yùn)行、35kV#1SVG318開(kāi)關(guān)運(yùn)行、10kV0#站用變熱備用、35kV #1FC319開(kāi)關(guān)檢修、35kV#2SVG320開(kāi)關(guān)檢修；全場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，平均風(fēng)速8．7m/s，負(fù)荷4．9萬(wàn)kWh。

3 事件經(jīng)過(guò)

16時(shí)32分53秒490毫秒：監(jiān)控后臺(tái)報(bào)“35kV集電I線311開(kāi)關(guān)限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作”，監(jiān)控后臺(tái)指示311開(kāi)關(guān)狀態(tài)在合閘位；

16時(shí)32分53秒903毫秒：1#主變保護(hù)AB柜過(guò)流I段2時(shí)限保護(hù)動(dòng)作；

16時(shí)32分53秒943毫秒：1#主變低壓側(cè)301開(kāi)關(guān)跳閘；

16時(shí)32分55秒473毫秒：1#主變保護(hù)AB柜差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，主變高壓側(cè)101開(kāi)關(guān)跳閘，全場(chǎng)失電。

4 結(jié)合故障錄波圖和保護(hù)裝置的動(dòng)作情況進(jìn)行分析

第一階段：集電I線限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，311開(kāi)關(guān)未跳閘。(錄波圖從0～150ms)：

從故障錄波圖分析：16時(shí)32分53秒752ms時(shí)，集電I線三相短路電流達(dá)到限時(shí)電流速斷啟動(dòng)值1．6A，實(shí)際值7．2A（現(xiàn)場(chǎng)整定值1．6A，延時(shí)0．15s 誤差0．01ms 變比：600/1）保護(hù)啟動(dòng)，延時(shí)159ms時(shí)，集電I線限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，裝置出口，但開(kāi)關(guān)未跳閘，需分析開(kāi)關(guān)不動(dòng)作原因。

圖1

集電I線故障原因分析：從集電I線故障錄波圖向量分析可以看出，集電I線三相電流大小相等，相位相差120°，三相電壓大小相等，無(wú)零序電壓和零序電流，判斷集電I線發(fā)生三相短路，由于雷雨天氣，且故障時(shí)風(fēng)速不大，初步判斷：集電線路三相遭受雷擊后三相短路。

第二階段：集電I線311開(kāi)關(guān)未跳閘后，主變低壓側(cè)后備保護(hù)過(guò)流I段2時(shí)限動(dòng)作，主變低壓側(cè)301開(kāi)關(guān)跳閘。保護(hù)動(dòng)作分析(錄波圖從150～366ms)：

集電I線保護(hù)啟動(dòng)同時(shí)，主變低壓側(cè)后備過(guò)流I段2時(shí)限達(dá)到啟動(dòng)值（過(guò)流一段2時(shí)限定值：1A，0．3s，變比2400/1，跳主變低壓側(cè)301開(kāi)關(guān)），從故障錄波和主變保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析，可以看出主變故障錄波在啟動(dòng)后298ms時(shí)動(dòng)作，301開(kāi)關(guān)自身動(dòng)作時(shí)間為50ms左右，在故障發(fā)生366ms時(shí)，301開(kāi)關(guān)跳閘，集電I線三相短路電流降低，110kV電壓恢復(fù)正常，電流減少為變壓器空載勵(lì)磁電流。

第三階段：從故障錄波366～622ms，由集電I線電流波形可以看出在366ms時(shí)刻，集電I線的三相電流基本對(duì)稱，最大值1．9A，此時(shí)301開(kāi)關(guān)已經(jīng)跳閘，35KV系統(tǒng)已經(jīng)與電力系統(tǒng)分開(kāi)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，（風(fēng)機(jī)具有低電壓穿越能力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠維持并網(wǎng)運(yùn)行620ms的低電壓穿越能力，風(fēng)電場(chǎng)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)必須保持并網(wǎng)運(yùn)行），隨著風(fēng)機(jī)自身不足以提供足夠的短路電流后，電弧熄滅。

第四階段：從故障錄波622～900ms，在集電I線電弧熄滅后，故障消除后，由于風(fēng)機(jī)的低電壓穿越能力，電壓開(kāi)始恢復(fù)，但由于每臺(tái)風(fēng)機(jī)都經(jīng)箱變變壓后匯入集電線路，在變壓器的恢復(fù)性涌流的作用下，35kV的電壓高于正常的1．2倍，35kV電壓和各集電線路的電流含有大量的非周期分量。

第五階段：在1876～1939ms期間，110kV側(cè)電流由變壓器空載勵(lì)磁電流突變?yōu)?．8A左右，而后101開(kāi)關(guān)跳閘，主變保護(hù)裝置報(bào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作（主變差動(dòng)速斷定值：2．4A），保護(hù)動(dòng)作正確，現(xiàn)場(chǎng)查看非電量保護(hù)未動(dòng)作。

第六階段：從1900ms至2495ms，從錄波圖中可以看出，在1900ms時(shí)刻，35kV三相電壓同時(shí)升高，判斷為35kV集電III線某處遭受雷擊，而后35kV出現(xiàn)零序電壓，集電III線出現(xiàn)零序電流，35kVB相電壓降低為B相電流增大，在2055ms時(shí)刻C相電流增大，C相電壓降低（C相電壓降低幅度較B相?。?，從波形圖分析可以得出，在1900ms時(shí)刻，集電III線某處遭受雷擊后，B相先產(chǎn)生接地短路，而后發(fā)展為BC相接地短路，如圖1。

第七階段：從2495ms至最后，由波形圖可以看出，在2495ms之后，35kV電壓降低為4V左右，而電流維持一段時(shí)間后慢慢衰減至0。分析為：在2495ms，風(fēng)電場(chǎng)1#SVG跳閘，不足以提供足夠的無(wú)功維持電壓，隨著風(fēng)機(jī)的全部脫網(wǎng)，電流消失。

綜合故障錄波分析，得出初步判斷如下。

（1）集電I線發(fā)生三相短路，需要查找故障點(diǎn)，可能原因?yàn)椋航^緣子遭受雷擊三相短路或?yàn)槿嘟^緣子質(zhì)量問(wèn)題，引起的三相弧光短路也可能是絕緣子閃絡(luò)引起的三相短路。由于故障時(shí)刻前后未發(fā)現(xiàn)明顯過(guò)電壓，初步分析為絕緣子擊穿引起三相短路。重點(diǎn)安排人員查看線路絕緣子。同時(shí)要組織人員分析311保護(hù)不動(dòng)作原因。

（2）1#主變差動(dòng)保護(hù)原因分析：結(jié)合主變非電量保護(hù)未動(dòng)作的信息，分析認(rèn)為差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)部主變范圍外設(shè)備發(fā)生短路，可能為主變低壓側(cè)封閉母線AB相間短路。重點(diǎn)安排人員檢查主變低壓側(cè)封閉母線。

（3）集電III線出現(xiàn)B相電壓降低，后續(xù)C相電壓也降低，同時(shí)出現(xiàn)了零序電壓。因此分析認(rèn)為，集電III線B相和C相發(fā)生了接地短路現(xiàn)象?？赡転殡娎|頭故障，重點(diǎn)安排人員檢查集電III線所有電纜頭。

5 結(jié)合以上分析到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查找到的故障點(diǎn)

（1）集電I線一處過(guò)線塔絕緣子時(shí)發(fā)現(xiàn)三相短路燒灼痕跡。采取措施：更換絕緣子。

（2）組織運(yùn)行人員拆開(kāi)主變低壓側(cè)封閉母線，發(fā)現(xiàn)BC短路。采取措施：更換封閉母線，熱縮絕緣套，確保絕緣距離。

（3）集電III線檢查到箱變B相絕緣子放電痕跡和C相電纜擊穿，采取措施：更換電纜頭。

（4）組織人員對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，聯(lián)系深圳南瑞廠家到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，綜合分析發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置電源模塊發(fā)生故障，跳閘出口信號(hào)沒(méi)有送到311開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致311開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，主變后備保護(hù)越級(jí)動(dòng)作。采取的措施：全部更換本批次保護(hù)裝置的電源模塊。

6 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生故障跳閘后，除及時(shí)聯(lián)系調(diào)度部門(mén)匯報(bào)后，應(yīng)立即組織技術(shù)力量收集故障錄波的相關(guān)波形和保護(hù)裝置的相關(guān)報(bào)文，根據(jù)故障錄波和保護(hù)裝置的定值，結(jié)合當(dāng)時(shí)的氣象條件，系統(tǒng)分析故障錄波和保護(hù)裝置的報(bào)文，判斷出故障可能發(fā)生的地點(diǎn)，指引運(yùn)營(yíng)人員巡視設(shè)備最終找到故障點(diǎn)，及時(shí)處理設(shè)備故障，降低發(fā)電損失。

TM407

A

1671-0711（2017）09（上）-0203-03