一起風(fēng)電場(chǎng)35kV集電線零序過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)作原因分析及改進(jìn)措施

鄭航

【摘? 要】風(fēng)電場(chǎng)集電線含有較長(zhǎng)電纜線路時(shí)，零序過(guò)流保護(hù)定值整定不但要考慮母線上接地變壓器零序電流，而且要充分考慮同一母線上其余電纜的電容電流對(duì)零序過(guò)流保護(hù)的影響，避免誤動(dòng)作。

【關(guān)鍵詞】集電線;零序過(guò)流保護(hù);電容電流

一、誤動(dòng)作情況概述

貴麻風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)裝機(jī)容量170MW，安裝單機(jī)容量2.5MW風(fēng)機(jī)68臺(tái)，各風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組經(jīng)箱式變壓器將風(fēng)機(jī)電壓由0.69kV升壓到35kV后，按多臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組為一個(gè)集電單元，共10個(gè)集電單元接入兩段35kV母線。220kV升壓站安裝單臺(tái)容量為120MVA主變2臺(tái)，電壓等級(jí)220/35kV，升壓站最終以220kV牛舊線接入貴州電網(wǎng)。

風(fēng)電場(chǎng)35kVⅠ段母線接有7條集電線及一臺(tái)Z型接地變，接地電阻50Ω，接地變無(wú)其他負(fù)載，每條集電線上帶有7臺(tái)容量為2750kVA的箱式變壓器（接線組別Dyn11），35kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，集電線保護(hù)裝置為北京四方CSC-211線路保護(hù)測(cè)控裝置。

某日，35kVⅠ段母線上的集電四線于21：24：2.843零序過(guò)流Ⅰ動(dòng)作，動(dòng)作電流二次側(cè)3I0=2.08A，一次側(cè)3I0=208A，隨后同一段母線上的集電一線21：24：2.864零序過(guò)流Ⅰ動(dòng)作，動(dòng)作電流二次側(cè)3I0=0.7A，一次側(cè)3I0=70A，集電二線21：24：2.860零序過(guò)流Ⅰ動(dòng)作，動(dòng)作電流二次側(cè)3I0=0.5A，一次側(cè)3I0=50A，集電三線21：24：2.853零序過(guò)流Ⅰ動(dòng)作，動(dòng)作電流二次側(cè)3I0=0.38A，一次側(cè)3I0=38A，集電七線21：24：2.860零序過(guò)流Ⅰ動(dòng)作，動(dòng)作電流二次側(cè)3I0=0.30A，一次側(cè)3I0=30A，保護(hù)動(dòng)作集電線路的開(kāi)關(guān)均跳閘，其中集電線五、六線保護(hù)裝置未動(dòng)作。經(jīng)檢查集電一、二、三、七線相間及對(duì)地絕緣合格，未出現(xiàn)接地現(xiàn)象，集電四線3號(hào)塔C相引流線斷裂并與桿塔接觸，發(fā)生金屬性接地造成零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。

二、誤動(dòng)作原因分析

三相交流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)線與大地形成電容，因每相輸電線路的線徑、長(zhǎng)度及絕緣材料均相同，三相輸電線路對(duì)有相同的對(duì)地電容，在大小相同的相電壓作用下三相電容電流大小相等，相角相差120°，三相電容電流之和等于零，電容電流產(chǎn)生相應(yīng)的無(wú)功功率。

在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)故障時(shí)，非故障相電壓升高至倍相電壓，故障點(diǎn)的零序電壓等于相電壓，故障相對(duì)地電容被短路，故障線路零序電流等于同一母線上非故障設(shè)備的零序電流之和，非故障線路的零序電流等于3倍單相電容電流，接地變的零序電流（R為接地電阻）。

當(dāng)貴麻風(fēng)電場(chǎng)集電四線C相發(fā)生單相接地短路時(shí)，零序電流從故障點(diǎn)流出，經(jīng)過(guò)母線分別流向非故障線路及接地變，再通過(guò)線路對(duì)地電容及接地電阻回到大地，集電四線零序電流3I0等于非故障集電線和接地變零序電流的向量和。35kVⅠ段母線零序網(wǎng)絡(luò)如下圖。

貴麻風(fēng)場(chǎng)集電線為交聯(lián)聚乙烯絕緣地埋電纜與架空線路相結(jié)合，并且電纜線路較長(zhǎng)，電纜產(chǎn)生的電容電流較大。根據(jù)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜單相接地電容電流計(jì)算公式：

式中S-電纜截面積（mm）

U-電纜線電壓（kV）

L-電纜長(zhǎng)度（m）

經(jīng)計(jì)算，各集電線電容電流值如下表：

貴麻風(fēng)場(chǎng)每條集電線保護(hù)用的零序CT變比為100/1A，保護(hù)裝置零序過(guò)流一段定值為0.25A，時(shí)限0.5S，換算到一次側(cè)，當(dāng)集電線零序電流大于25A并且持續(xù)時(shí)間達(dá)到0.5S時(shí)，保護(hù)裝置將動(dòng)作跳閘。很明顯，當(dāng)集電四線出現(xiàn)單相接地時(shí)，除了集電五、六線外其余五條集電線的單相接地電容流都超過(guò)整定值兩倍以上，因集電線及箱變存在感抗及阻抗，以及風(fēng)機(jī)設(shè)備自身需消耗一定無(wú)功功率，往往集電線的實(shí)際單相接地電容電流比理論計(jì)算值小，集電五、六線的單相接地電容電流沒(méi)有達(dá)到動(dòng)作值，所以當(dāng)集電四線出現(xiàn)了單相接地故障時(shí)，同一母線上的集電線一、二、三、七線出現(xiàn)因電纜自身的電容電流引誤動(dòng)作。

三、改進(jìn)措施

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)有著接地工頻過(guò)壓低，工頻過(guò)壓持續(xù)時(shí)間短，有利于電氣設(shè)備的絕緣及避雷器的安全運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)零序電流大，不能靠短時(shí)帶故障運(yùn)行來(lái)保障供電的可靠性，需靠繼電保護(hù)迅速切除故障線路。

貴麻風(fēng)電場(chǎng)35kV中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)同一段母線連接的電纜線路多并且長(zhǎng)，線路的單相接地保護(hù)定值整定應(yīng)不只是考慮流過(guò)接地變接地電阻的零序電流，而且還要考慮所有電纜線路的電容電流，同一段母線上連接的電纜長(zhǎng)且多時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)電纜的單相接地電容電流比接地變接地電阻的零序電流還大的情況，當(dāng)接地變零序保護(hù)動(dòng)作作跳閘后，系統(tǒng)仍然有較多的零序電流存在，非故障線路的單相接地電容電流超過(guò)零序過(guò)流整定值時(shí)，也會(huì)誤動(dòng)作。

3.1合理整定零序過(guò)流動(dòng)作值。整定零序過(guò)流時(shí)動(dòng)作值應(yīng)按躲過(guò)被保護(hù)線路外部發(fā)生單相接地時(shí)的實(shí)際電容電流值整定，可靠系數(shù)一般按1.2培整定：

3.2利用零序功率方向保護(hù)。中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)與其值與故障相大小相等、方向相反的的零序電壓，從而使整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓，故障線路的零序功率流從故障點(diǎn)流向母線，非故障線路的零序功率為母線流向線路，利用故障線路與非故障線路零序功率方向的不同整定零序功率方向保護(hù)也能避免非故障線路因電容電流引起的誤動(dòng)作。

四、結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組較為分散，一般與升壓站距離較遠(yuǎn)，將每臺(tái)風(fēng)機(jī)連接起來(lái)的集電線路多為地埋電纜，并且距離較長(zhǎng)，電纜產(chǎn)生的電容電流對(duì)繼電保護(hù)的影響是不可忽略的，在整定集電線零序過(guò)流保護(hù)帶定值時(shí)不但要考慮流經(jīng)接地變接地電阻電流的大小，而且還要充分的考慮電纜電容電流對(duì)繼電保護(hù)的影響，整定零序過(guò)流定值應(yīng)按躲過(guò)線路外部發(fā)生接地時(shí)的實(shí)際單相接地電容電流整定，避免出現(xiàn)誤動(dòng)作，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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