張秋怡 ，李夢娜 ，胡 珩

（1.國網(wǎng)湖北送變電工程有限公司，湖北 武漢 432000;2.國網(wǎng)孝感供電公司大悟縣供電公司，湖北 孝感 432100）

1 新能源電網(wǎng)現(xiàn)狀

隨著新能源的快速發(fā)展，風(fēng)電、光伏等新型能源作為電源網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，獲得了大力開發(fā)和廣泛應(yīng)用。同時，由于新能源的大規(guī)模接入，給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來了一系列的技術(shù)問題。大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)問題屬于智能電網(wǎng)的兼容性范疇[1]。對接入點而言，規(guī)模化的風(fēng)電場對系統(tǒng)運行的影響，已不能象早期小型風(fēng)電接入一樣被完全忽略掉，這已不僅僅是風(fēng)電調(diào)度的問題，繼電保護(hù)所面臨的故障特征同樣也發(fā)生了顯著的變化[2]。

110 kV 及以下電網(wǎng)主要采用的是輻射式網(wǎng)絡(luò)，新能源電廠接入后，供電方式由輻射網(wǎng)變成多端有源網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)運行方式發(fā)生改變，從而對電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓、電流、潮流走向等產(chǎn)生影響。在繼電保護(hù)配置上，傳統(tǒng)的保護(hù)配置已不能滿足新能源電網(wǎng)的需求。傳統(tǒng)繼電保護(hù)主要針對輻射網(wǎng)，保護(hù)方向從電源側(cè)指向負(fù)荷側(cè)，新能源接入后，聯(lián)絡(luò)線保護(hù)方向由單側(cè)指向變?yōu)殡p向指向，由于電源點的增加，系統(tǒng)總阻抗也發(fā)生變化，零序保護(hù)靈敏度發(fā)生變化。系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，零序電流由單回路方式變?yōu)槎嗷芈贩绞?，?dǎo)致新能源線路發(fā)生誤動。

2 110 kV 保護(hù)主要配置

110 kV 電網(wǎng)線路主要配置差動保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)。差動保護(hù)主要保護(hù)本線路，出現(xiàn)故障時快速動作。三段式距離保護(hù)主要保護(hù)本線路，并作為下一級線路的后備。三段式零序保護(hù)主要針對接地故障，有較高的靈敏度，作為本線路主保護(hù)及下級線路的后備保護(hù)。線路上下級定值與時間依次配合。新能源電廠接入電網(wǎng)，電網(wǎng)潮流隨發(fā)電廠出力變化而發(fā)生改變。由于110 kV 及以下網(wǎng)絡(luò)屬于輻射式網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)配置遵循上下級配合原則，新能源電廠接入后，大部分升壓變壓器采用中性點接地方式，導(dǎo)致主系統(tǒng)電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。單電源輻射式網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p端或多端有源網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致故障發(fā)生時原有電網(wǎng)電流保護(hù)出現(xiàn)保護(hù)范圍過大、誤動、靈敏度降低等問題[4]。當(dāng)聯(lián)絡(luò)變電站處于主系統(tǒng)與新能源電廠之間時，須線路保護(hù)同時與主網(wǎng)系統(tǒng)和新能源電廠出線配合，導(dǎo)致系統(tǒng)與電廠間繼電保護(hù)配合矛盾，發(fā)生故障時使繼電保護(hù)無選擇性跳閘，從而導(dǎo)擴(kuò)大停電范圍。

3 110 kV 線路主保護(hù)計算原則

3.1 距離保護(hù)整定原則

距離Ⅰ段：可靠躲過本線路末端故障整定。

距離Ⅱ段：保本線路末端金屬性接地故障有規(guī)定的靈敏系數(shù)整定，與相鄰線路接地距離I 段配合整定。若無法滿足配合要求，按與相鄰線路接地距離Ⅱ段配合整定。

距離Ⅲ段：按與相鄰下級線路接地距離Ⅱ段或接地距離 Ⅲ 段配合整定。

3.2 零序保護(hù)整定原則

零序I 段：躲本線末端接地故障最大零序電流整定。

零序Ⅱ段：優(yōu)先與相鄰下級線路零序 Ⅱ 段保護(hù)配合整定，在條件允許的情況下，可按與相鄰下級線路零序I 段保護(hù)配合整定。

零序Ⅲ段：與相鄰下級線路零序 Ⅱ 段或零序Ⅲ 段保護(hù)配合整定，保證高阻接地故障時能可靠切除，一次值一般不大于 300 A。

4 典型繼電保護(hù)動作實例分析

4.1 繼電保護(hù)動作情況

某220 kV 變電站110 kV 側(cè)出現(xiàn)多條線路同時發(fā)生跳閘，接線圖如圖1 所示。

圖1 某220 kV 變電站110 kV 側(cè)主接線

11:26，西平站上西線平115 開關(guān)零序Ⅲ段動作跳閘；

11:26，西平站風(fēng)電場平117 開關(guān)零序Ⅳ段動作跳閘；

11:26，上11 開關(guān)距離Ⅱ段，零序Ⅱ段動作跳閘，重合成功。

搶修人員第一時間到達(dá)現(xiàn)場檢查設(shè)備情況，檢查發(fā)現(xiàn)，城04 出口附近出現(xiàn)放電痕跡。

4.2 故障點電網(wǎng)序網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

目前我國110 kV 電網(wǎng)系統(tǒng)線路保護(hù)配置主要有差動保護(hù)、距離保護(hù)和零序保護(hù)。其中差動和距離保護(hù)不受系統(tǒng)阻抗變化影響，受系統(tǒng)阻抗影響的只有零序保護(hù)。因此本次故障主要是零序保護(hù)發(fā)生動作，下面從電流走向來重點分析本次動作過程。

當(dāng)有新能源電廠接入系統(tǒng)時，發(fā)生短路時短路電流有一部分由新能源電廠提供，阻抗圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)正序阻抗圖

由于零序阻抗與變壓器中性點是否接地密切相關(guān)，風(fēng)電場1 和風(fēng)電場2 以及系統(tǒng)主變接地，因此零序阻抗圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)零序阻抗圖

故障點零序電流大小與系統(tǒng)至故障點的正序阻抗和零序阻抗有關(guān)，但是零序電流走向與系統(tǒng)接地點有關(guān)。

電流走向圖如圖4 所示，零序電流主要通過故障點經(jīng)過大地流向主變中性點。

圖4 零序電流走向圖

本次故障中，風(fēng)電場1、風(fēng)電場2 以及主系統(tǒng)三條零序回路給故障點提供零序電流。上11 零序二段動作，屬于正確動作，確保本線路有故障時可靠切除。平115 零序三段保護(hù)動作，平117 零序四段保護(hù)動作屬于誤動作。因故障發(fā)生區(qū)外造成本線路調(diào)閘，導(dǎo)致出現(xiàn)損失負(fù)荷的情況。風(fēng)電廠1 由于零序電流未達(dá)到定值，故未動作。

4.3 線路整定計算及配合

根據(jù)《湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計算細(xì)則》，110 kV 電網(wǎng)線路主要配置差動保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)。差動保護(hù)主要保護(hù)本線路，出現(xiàn)故障時快速動作。三段式距離保護(hù)主要保護(hù)本線路，并作為下一級線路的后備。三段式零序保護(hù)主要針對接地故障，有較高的靈敏度，作為本線路主保護(hù)及下級線路的后備保護(hù)。線路上下級定值與時間依次配合。由于本次誤動主要是零序電流引起，因此著重討論零序電流整定及配合。

按躲本線末端接地故障最大零序電流整定，對于線變組接線，可按躲過變壓器中（低）壓側(cè)相間故障的最大不平衡電流整定，動作時間一般取0 s。

優(yōu)先與相鄰下級線路零序 Ⅱ 段保護(hù)配合整定，在條件允許的情況下，可按與相鄰下級線路零序 I段保護(hù)配合整定。

按保本線路末端接地故障有不小于規(guī)定的靈敏系數(shù)整定，并力保相鄰線路末端接地故障有不小于規(guī)定的遠(yuǎn)后備靈敏系數(shù)。

應(yīng)可靠躲過所供變壓器其他各側(cè)三相短路最大不平衡電流。

應(yīng)保證高阻接地故障時能可靠切除，一次值一般不大于 300 A。如無法滿足，應(yīng)設(shè)置零序 Ⅳ 段。

各線路保護(hù)一次值如圖5 所示。

圖5 110 kV 線路定值配合圖

本系統(tǒng)線路計算過程中，由于上廟為主系統(tǒng)，上11 主送城04，故計算過程中未考慮與區(qū)外線路上平（上17—平115）線配合。上平線與主系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線，主要潮流為上17 送至平115，不考慮平115送至上17 母線后與出線配合情況，具體定值如圖5所示。

由于平117 零序四段時間0.6 s，平115 三段時間0.6 s，上11 零序二段時間0.6 s，當(dāng)城04 附件發(fā)生接地故障時，主系統(tǒng)與風(fēng)電場提供零序電流，故引起上城線區(qū)外動作，擴(kuò)大停電范圍。

4.4 措施及建議

電網(wǎng)接地方式一般有3 種，主要有中性點直接接地，中性點不接地和中性點經(jīng)間隙接地。目前220 kV 主變一般采用中性點接地方式運行。110 kV變壓器采用經(jīng)間隙接地或直接接地運行。對于有效直接接地系統(tǒng)而言，變壓器中性點對地偏移電壓通常被限制在一定范圍內(nèi)。本地區(qū)目前已投運的110 kV風(fēng)電廠，大部分采用中性點直接接地方式，導(dǎo)致本地區(qū)零序網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜，出現(xiàn)變壓器檢修時，零序網(wǎng)絡(luò)變化較大[3]。

若本次故障，若風(fēng)電廠1 和風(fēng)電場2 升壓變壓器中性點選擇經(jīng)間隙接地方式，零序電流只剩下主系統(tǒng)至故障點回路，則至故障點正序阻抗不變，零序阻抗將發(fā)生變化，零序回路圖如圖6 所示。

圖6 中性點不接地后零序電流回路

新能源電廠升壓變經(jīng)間隙接地后，線路發(fā)生接地故障后，零序回路只有系統(tǒng)與故障點之間連通，新能源電廠不再提供零序電流，故不會引起故障線路區(qū)外跳閘情況。

綜上所述，為維護(hù)零序網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，建議新能源電廠升壓變中性點通過間隙接地，在單相接地過電壓條件下，中性點間隙經(jīng)過延時后擊穿，從而實現(xiàn)保護(hù)變壓器保護(hù)的目的，同時避免因區(qū)外故障產(chǎn)生誤動作[5]。

5 結(jié)束語

隨著新能源電廠的快速發(fā)展，廠內(nèi)的110 kV 變壓器中性點接地方式對電網(wǎng)零序網(wǎng)路的影響也越來越顯著。為維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定，確保零序保護(hù)正確可靠動作，建議采取以下措施。

新能源升壓變壓器中性點采用經(jīng)間隙接地方式運行，以保持電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，避免因接地故障產(chǎn)生穿越性跳閘，造成停電范圍擴(kuò)大。

新能源區(qū)域設(shè)備保護(hù)宜配置差動保護(hù)，確保設(shè)備發(fā)生故障時快速動作。

梳理全區(qū)110 kV 定值單，取消零序四段無方向保護(hù)，避免保護(hù)出現(xiàn)無選擇性跳閘。