一起由系統(tǒng)電壓波動引起接地變壓器高壓開關(guān)跳閘事件的分析

焦錦繡

（晉能清潔能源光伏發(fā)電有限責任公司，山西 太原 030009）

0 引言

在光伏電站35 kV 系統(tǒng)中，為提高供電的可靠性，采用中性點不直接接地方式[1]，接地變壓器通過接地電阻為35 kV 系統(tǒng)提供中性點[2]。在本光伏電站中，接地變壓器兼站用變壓器，且接地變壓器是本電站中故障電流唯一流向大地的路徑，因此在光伏電站中起著重要作用。

本文針對某光伏電站在啟動并網(wǎng)期間，由于系統(tǒng)對側(cè)電壓波動，導致光伏電站接地變壓器高壓開關(guān)柜過電流保護動作[3]及其斷路器誤跳閘這一事件，進行了深入分析[4]，提出了并網(wǎng)期間以及運行期間防止接地變壓器保護誤動作和開關(guān)誤跳閘的措施。

1 事故情況簡介

某光伏電站裝機容量為20 MW，35 kV 母線采用單母線接線，沒有主變壓器，共有出線1 回，進線4 回，進線包含集電線2 回，1 號動態(tài)無功補償裝置SVG（static var generator） 1 回，1 號接地變壓器1 回。35 kV 并網(wǎng)經(jīng)一回5.7 km 的35 kV 線路到對側(cè)35 kV II 母線路325 開關(guān)，對側(cè)35 kV I 母和II 母母線采用單母分段形式，并經(jīng)對側(cè)變電站的2號主變升壓至110 kV，本側(cè)光伏電站35 kV 系統(tǒng)中性點經(jīng)接地電阻接地，主接線方式如圖1 所示。

圖1 某光伏電站主接線圖

故障前2018 年6 月27 日啟動并網(wǎng)期間，1 號SVG 313 開關(guān)充電完成后在熱備用狀態(tài)，SVG 停運，集電I 線311 開關(guān)、集電II 線312 開關(guān)空載運行，1 號接地變壓器314 開關(guān)空載運行，4 回進線在19 時35 分啟動完成后，等待對集電線測向量。由于光伏電站在太陽落山后逆變器無法啟機，沒有負荷，預備在2018 年6 月28 日太陽升起帶負荷測向量。

系統(tǒng)在上述狀態(tài)下運行直至2018 年6 月28日06 時16 分，后臺監(jiān)控報“1 號接地變過流I 段動作”信號[5-6]，高壓側(cè)314 開關(guān)跳閘。當時天氣晴，氣溫26 ℃左右。1 號接地變壓器開關(guān)柜配置的是北京四方的CSC-241E 數(shù)字式接地變保護測控裝置，并配置速斷電流、過電流和高壓側(cè)零序電流保護。

故障后，報告調(diào)度并按照調(diào)度指令，將1 號接地變壓器314 開關(guān)轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)。

2 保護動作原因分析

2.1 接地變壓器保護動作的原因分析

經(jīng)檢查接地變壓器314 高壓開關(guān)保護裝置，啟動時電流瞬時值為0.403 A，過電流定值0.2 A[7-8]，電流實際值大于過電流定值，保護啟動，出口跳開314 開關(guān)。

從35 kV I 母電壓波動故障錄波圖（圖略） 可以看出，首先是35 kV I 母電壓Ub電壓波動，且電壓值相對于Ua、Uc相明顯降低，并出現(xiàn)35 kV I母零序電壓3U0；零序電壓出現(xiàn)后，35 kV 接地變壓器314 保護動作，保護開關(guān)量值由0 轉(zhuǎn)為1，隨后35 kV 1 號接地變壓器314 斷路器已分閘，35 kV接地變壓器314 開關(guān)電流Ia、Ib、I電流為0，故障切除，但是從314 開關(guān)跳閘后錄波圖（圖略） 可以看出，35 kV I 母電壓Ub電壓仍然不正常，明顯偏低，且零序電壓3U0依然存在。

35 kV 1 號接地變壓器314 斷路器跳閘后，35 kV I 母電壓Ub電壓值仍然偏低，35 kV I 母零序電壓3U0仍然存在，說明314 斷路器跳閘是由35 kV I母故障引起的，初步判定35 kV I 母B 相母線發(fā)生接地故障，但經(jīng)過檢查35 kV I 母母線無任何異常。初步判斷35 kV I 母B 相電壓波動，是由系統(tǒng)電壓波動引起的，35 kV I 母零序電壓經(jīng)中性點接地電阻，使得中性點電壓發(fā)生漂移，三相電流不平衡，從錄波圖中也可看出35 kV 314 開關(guān)電流瞬時值相同，電流角度幾乎一致，不是相差120°，三相電流明顯不平衡，而且零序電流為零。又因零序電壓出現(xiàn)的瞬間[9-10]，電壓降低，電流增大，1 號接地變壓器314 開關(guān)的電流瞬時值超過過電流保護定值，過電流保護啟動，1 號接地變壓器314 開關(guān)斷路器跳閘。

2.2 接地變壓器高壓開關(guān)柜及本體試驗

為了進一步確定故障原因，對1 號接地變壓器高壓開關(guān)柜及本體進行檢查，檢查314 高壓開關(guān)柜及高壓電纜的外觀，無燒傷和表面發(fā)黑現(xiàn)象，檢查接地變壓器柜體及本體外觀也無異?，F(xiàn)象。

通過使用直阻測試儀測量變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)繞組的直阻電阻，并計算各相繞組直流電阻相互間的差別，通過不平衡率是否超過規(guī)程規(guī)定來判定繞組電阻試驗數(shù)據(jù)是否合格。規(guī)程規(guī)定1.6 MVA以上的變壓器，各項繞組直流電阻互相間的差別不應大于三相平均值的2%，使用表1 測量數(shù)據(jù)計算得出高壓繞組的不平衡率是0.40%，低壓繞組的不平衡率是0.16%，均不大于2%，繞組正常，絕緣良好。

為了檢測變壓器的電壓變換是否正確和繞組的匝數(shù)是否符合設(shè)計要求，后使用變比測試儀測試變壓器變比，經(jīng)過綜合判斷發(fā)現(xiàn)本次試驗對象變壓器變壓比符合要求，即誤差小于0.5%。

隨后拆開連接中性點接地電阻裝置的導線，使用萬用表對中性點電阻進行測量，測量值222 Ω，與銘牌上的中性點接地電阻一致。

最后解開35 kV 314 開關(guān)高壓電纜，進行交流耐壓試驗，按照規(guī)程使用2.5~3 倍的額定電壓，即90 kV 電壓，穩(wěn)定5 min，阻值正常，電纜絕緣良好。

經(jīng)過直流電阻測試、變比測試、接地電阻測試、交流耐壓各項試驗檢測，分析試驗數(shù)據(jù)，表明接地變壓器高壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備都正常，排除了因高壓開關(guān)柜、接地變壓器、電纜等造成本次故障跳閘的可能性。

2.3 接地變壓器高壓開關(guān)柜斷路器跳閘原因

通過以上理論分析和試驗檢測，確定是由對側(cè)變電站系統(tǒng)電壓跌落引起本側(cè)光伏電站跳閘，從系統(tǒng)穩(wěn)定的角度出發(fā)，對側(cè)系統(tǒng)電壓允許在5%的范圍內(nèi)波動，不會影響本側(cè)光伏電站的穩(wěn)定運行。光伏電站配置SVG，起到了穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。由于當時處于并網(wǎng)期間，SVG 啟動測完向量后處于停運狀態(tài)，因此對側(cè)母線電壓波動，SVG 沒有起到穩(wěn)定電壓的作用。如果在并網(wǎng)運行期間，SVG 投運，系統(tǒng)發(fā)生擾動，不會對本側(cè)設(shè)備造成干擾。另外，光伏電站逆變器都具有低電壓穿越能力，即使系統(tǒng)電壓波動，也可在一定時間范圍內(nèi)保持并網(wǎng)運行。因此，系統(tǒng)電壓引起的本次跳閘事故，是由于在并網(wǎng)期間SVG 無功補償裝置沒有投運造成的。

3 反事故措施

在本次光伏電站并網(wǎng)期間，按照啟動方案，先啟動1 號SVG 313 開關(guān)，313 開關(guān)充電完成后處于熱備用狀態(tài)，SVG 停運，1 號接地變壓器314 開關(guān)處于運行狀態(tài)，準備第二天太陽升起，設(shè)備啟動有負荷后，對集電I、II 線測向量，運行到第二天早上6 點15 分1 號接地變壓器314 開關(guān)跳閘，通過故障記錄資料分析，系統(tǒng)電壓波動是引起本側(cè)光伏電站1 號接地變壓器314 開關(guān)誤跳閘的原因。

針對此次誤跳閘事件，布置以下安全措施：第一，倒閘操作前，要先詢問對側(cè)有無倒閘操作，避免同時進行倒閘操作。第二，檢修后或進行倒閘操作，一定要先投入SVG，補償穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，然后再投入1 號站用電高壓開關(guān)和集電I、II線開關(guān)，防止系統(tǒng)電壓波動，造成本側(cè)誤跳閘。第三，操作前要進行絕緣試驗、直阻試驗、耐壓試驗等項目，保證要操作的設(shè)備完好無損。

4 結(jié)束語

在本電站沒有主變壓器，接地變壓器兼站用變壓器的特殊系統(tǒng)中，一定要避免由于系統(tǒng)電壓波動、SVG 沒有投入，無法補償并穩(wěn)定系統(tǒng)電壓而造成的光伏電站內(nèi)保護誤啟動、開關(guān)誤跳閘現(xiàn)象。