郭俊剛

（神華國能集團(tuán)有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特010000）

風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)具有很大的區(qū)別，常規(guī)的配電網(wǎng)電源由于是單向流動(dòng)方式。電能一般從系統(tǒng)流向線路終端，而風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電情況下，是從集電線末端向系統(tǒng)。傳統(tǒng)基于電流保護(hù)的系統(tǒng)中，電流及短路電流都發(fā)生了流向變化。另外，風(fēng)電場(chǎng)零序保護(hù)主要分為主變高壓側(cè)和低壓側(cè)兩種部分。通常高壓側(cè)零序保護(hù)采用中性點(diǎn)直接接地零序與間隙零序保護(hù)相互配合方案。低壓側(cè)主要采用小電阻接地方式或采用接地接地變方式。采用這種接地方式下，風(fēng)電場(chǎng)集電線系統(tǒng)可以采用零序電流識(shí)別單相接地故障。對(duì)于超出接地線零序ct 范圍外的母線采用母差保護(hù)。對(duì)于母線上的站用變、SVG 同樣配有零序電流保護(hù)。采用這種方案對(duì)風(fēng)電站內(nèi)的所有電氣設(shè)備進(jìn)行覆蓋。

1 零序電流計(jì)算方法

1.1 接地變零序電流計(jì)算方式

圖1 Z 型接地變示意圖

圖2 集電線與接地變連接示意圖

圖3 簡化零序網(wǎng)絡(luò)示意圖

式中，UP為電網(wǎng)電壓，V；RN為中性點(diǎn)點(diǎn)接地電阻，Ω；X0為接地變零序電阻，Ω。當(dāng)集電線路發(fā)生單相金屬性接地時(shí)，流過故障集電線路的零序電流等于接地變與非故障線路單相金屬性接地電容電流的向量之和。設(shè)定是要考慮最小的故障電流。

1.2小電阻接地電流計(jì)算方式

據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中“風(fēng)電場(chǎng)匯集線系統(tǒng)單相故障應(yīng)快速切除”的要求，為準(zhǔn)確選線跳閘，大多風(fēng)電項(xiàng)目35kV 中性點(diǎn)采用電阻接地系統(tǒng)。但在接地電阻的阻值選擇上，各工程存在一定的差異，第18.2.6 條規(guī)定，小電阻接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)接地電阻值按選定的單相接地電流值計(jì)算，即

Id：選定的單相接地電流值。

RN：中性點(diǎn)接地電阻。

UN：主變低壓側(cè)額定電壓。

在設(shè)計(jì)院給出接地阻值的前提下，單相接地電流值計(jì)算公式為

集電線路為主的風(fēng)場(chǎng)，因接地電容電流值一般在30A 左右，故接地電阻電流值一般選擇在100～200A 左右，而對(duì)于大型全電纜集電線路風(fēng)場(chǎng)，有一些設(shè)計(jì)院一般將電流值固定在200A或400A，還有一些設(shè)計(jì)院是根據(jù)實(shí)際計(jì)算的電容電流值并將其放大1.5～2 倍而選擇的。

2 風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)整定配置方案

2.1 集電線零序保護(hù)

風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)零序保護(hù)按照短路電流計(jì)算方法獲得的零序電流。考慮系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，集電線最遠(yuǎn)處具有足夠靈敏度。首先確認(rèn)集電線零序保護(hù)定值。這里需要考慮集電線共有線路及電纜和架空線相連接的情況，如果實(shí)際條件允許可以實(shí)測(cè)集電線路的實(shí)際零序阻抗用于短路電流計(jì)算。目前不同的集電保護(hù)裝置對(duì)于集電線零序配置的不相同，一些保護(hù)裝置采用了兩段是保護(hù)，一些采用一段保護(hù)。在定值設(shè)置需要估計(jì)集電系統(tǒng)電容電流，避免系統(tǒng)零序電流動(dòng)作值過小造成保護(hù)勿動(dòng)跳閘，同時(shí)要避免定值過大而導(dǎo)致集電線系統(tǒng)產(chǎn)生間歇性弧光接地。

2.2 SVG 及站用變零序保護(hù)

對(duì)于35KV 系統(tǒng)SVG 可以定值采用集電線路零序定值即可。對(duì)于站用變由于一般容量不超過800KVA，零序電流動(dòng)作值和過流一段的定值有可能比較接近。這里一般要注意與過流保護(hù)的配合問題?？梢圆捎脙蓚€(gè)設(shè)定值之間具有足夠倍數(shù)。在無法滿足時(shí)，通過時(shí)限進(jìn)行區(qū)別，方便系統(tǒng)跳閘后故障的定位及故障的排除。

2.3 35kV 母線保護(hù)方案

35kV 母線范圍內(nèi)的單相接地故障是通過母差保護(hù)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。這里主要是注意系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合和實(shí)際負(fù)荷在不同時(shí)，要滿足足夠靈敏度一般按照實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行整定。

2.4 接地變及主變壓器低壓側(cè)零序保護(hù)

接地變作為站內(nèi)低壓系統(tǒng)的零序后備保護(hù)，在設(shè)置是按照指導(dǎo)要求定值必須為集電線零序?qū)?yīng)的保護(hù)多1.2 倍。在實(shí)現(xiàn)上需要比對(duì)應(yīng)保護(hù)段多一個(gè)實(shí)現(xiàn)配合。與主變低壓側(cè)一致的是跳閘出口依照變壓器高壓側(cè)是否采用線變組接線方式，如果采用一段采用跳低壓側(cè)，二段跳變壓器兩側(cè)，對(duì)于非線變組方式宜采用兩段均跳雙側(cè)。

3 風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)零序電流整定時(shí)限配合

零序保護(hù)在時(shí)限設(shè)定時(shí)需要考慮集電線路是夠在風(fēng)機(jī)接入時(shí)增加箱變高壓側(cè)斷路器。如今一些為了增加集電線的無故障運(yùn)行小時(shí)，減少單臺(tái)風(fēng)力機(jī)組T 接接頭以下的短路故障造成整條線路的風(fēng)力機(jī)“陪停”現(xiàn)象。增加了風(fēng)力機(jī)箱變高壓側(cè)斷路器。低壓系統(tǒng)零序保護(hù)定值實(shí)現(xiàn)將采用三級(jí)方式。第一級(jí)為箱變高壓側(cè)零序保護(hù)，需要考慮躲過箱變合閘時(shí)勵(lì)磁涌流引起的零序電流。時(shí)限一般從0.1s 起。第二級(jí)為集電線路零序保護(hù)，定值設(shè)定時(shí)需要考慮與第一級(jí)之間的配合。一般增加一個(gè)時(shí)限級(jí)別，或是讓第一級(jí)有更高靈敏度時(shí)限一致。第二級(jí)保護(hù)中也可設(shè)置多個(gè)時(shí)限提高因線路非金屬性接地的靈敏度。第三級(jí)保護(hù)是低壓側(cè)接地變或是變壓器低壓側(cè)小電阻接地系統(tǒng)零序保護(hù)。定值設(shè)定時(shí)比第二級(jí)多出一個(gè)時(shí)限。如果在站內(nèi)不設(shè)有箱變高壓側(cè)斷路器，這按照二、三級(jí)設(shè)定即可。同樣也需要考慮箱變合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流問題。加入至少0.1 秒的延遲。

4 風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)零序保護(hù)動(dòng)作故障排查

對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)零序動(dòng)作后，首先應(yīng)觀察故障錄播裝置的實(shí)際動(dòng)作邏輯及動(dòng)作時(shí)刻的電流和電壓實(shí)際波形。對(duì)故障原因進(jìn)行實(shí)際分析。逐步確定故障的原因及位置。

如果集電線保護(hù)設(shè)備零序保護(hù)動(dòng)作，結(jié)合保護(hù)動(dòng)作記錄排查保護(hù)動(dòng)作狀況、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況以及箱變狀況，進(jìn)而對(duì)故障點(diǎn)的位置和實(shí)際情況進(jìn)行合理的分析和判斷。零序保護(hù)首先將故障切除，經(jīng)由消弧線圈接地，首先查看線路的布置是否正確，其次再接線，最后再查看單相故障轉(zhuǎn)化為三相故障的狀況。對(duì)風(fēng)機(jī)和箱變運(yùn)行的故障的排查，需要查看風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是否發(fā)出故障報(bào)告，如風(fēng)機(jī)變流器的故障信號(hào)，以此作為風(fēng)機(jī)和變速箱故障評(píng)定依據(jù)。

對(duì)于直接接地故障，首先通過采用測(cè)量絕緣電阻方式檢驗(yàn)，測(cè)量時(shí)，使斷路設(shè)備與整個(gè)系統(tǒng)明顯隔離，做好驗(yàn)電工作，檢測(cè)完成以后再合理放電。對(duì)即將拆卸的電纜進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，做好標(biāo)記，避免因接線錯(cuò)誤引發(fā)安全事故。對(duì)于非直接接地故障，對(duì)電纜進(jìn)行分段檢測(cè)，一般故障位置基本都是接頭處，需要注意電纜分接頭的檢查，在接地位置做好標(biāo)記。

如果發(fā)生越級(jí)動(dòng)作，需要檢查各級(jí)動(dòng)作設(shè)置的定值是否合理。以及故障位置是否發(fā)生在集電線路保護(hù)區(qū)域之外。如果是低壓母線單項(xiàng)接地保護(hù)動(dòng)作的話。進(jìn)行合理排查消除故障。如果是集電線保護(hù)范圍之內(nèi)的故障需要對(duì)具體發(fā)生原因，逐步排查一次設(shè)備、二次設(shè)備等具體問題，進(jìn)行逐一排查。

5 結(jié)論

隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的日益增加，風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)繼電保護(hù)作為設(shè)備裝置故障時(shí)的保護(hù)起到了重要的作用。對(duì)于區(qū)域電網(wǎng)大規(guī)模集中風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域來說風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的繼電保護(hù)尤為重要。為防止風(fēng)電場(chǎng)短路故障越級(jí)跳閘事故的發(fā)生。微機(jī)繼電保護(hù)必須合理的設(shè)置定值。在風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)對(duì)于單項(xiàng)接地故障的切除，主要采用的零序電流保護(hù)方式。零序保護(hù)電流的合理配置及時(shí)限整定決定了保護(hù)是否能起到預(yù)定效果。