风电场主变35kV负荷侧单相接地故障分析

王 雷，信 珂，周志勇

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250001）

0 引言

近年来,全球可再生能源的利用率在逐年增长，特别是风能发电，一直是世界上发展最快的。因为风能为人们提供的不仅仅是电能，还可减少CO2的排放量，从而起到保护环境的作用。据全球风能协会（GWEC）公布的数据，2008年全球新增风电总投资达475亿美元，新增装机容量达27.26 GW，比上年增长36%。目前，全球风电总装机容量累计已达121.19 GW，与2007年相比增长了30%。越来越多的风力发电机组的接入，对电网运行的安全性和稳定性也产生了重大的影响，因此，提高风电场保护运行管理水平，加深对风力发电机组控制系统设计研究，具有十分重要的意义。下面结合实际工程，对风电场主变35 kV负荷侧单相接地故障进行了分析，并给出了解决方案。

1 风电场一次主接线

风电机组采用一机一变接线。风电机组出口电压690 V，由箱式变压器升压至35 kV，箱式变电站高压侧采用并联接线方式，经35 kV电缆母线汇流至升压站。110 kV升压站设1台主变压器，以1回110 kV线路接入系统。110 kV侧采用线路-变压器组接线，35 kV侧采用单母线接线。风电场一次主接线如图1所示。

2 风电场保护配置

2.1 元件保护

2.1.1 变压器保护

元件保护设计按照GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》及国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》的规定，主变压器保护为微机型保护，保护配置如下：

纵联差动保护作为主变压器内部故障的主保护。

110 kV侧装设有复合电压闭锁的方向过流保护和复合电压闭锁的过电流保护，用于保护由于外部相间短路引起的变压器过流和作为变压器内部故障的后备。

低压侧设有复合电压闭锁的速断、过流保护。为保护外部接地短路引起的变压器过流和作为变压器内部接地故障的后备，变压器设零序电流、电压保护。

非电量保护主要有：本体的重瓦斯保护，和反应本体轻瓦斯、压力释放及温度过高的信号装置。

2.1.2 35 kV线路保护

图1 风电场一次系统主接线示意图

35 kV保护采用微机型保护、测控二合一装置，装于35 kV开关柜内。线路保护配三段定时限过流保护、过负荷保护、三相一次重合闸。

2.1.3 接地变保护

接地变压器保护配三段定时限过流保护、0.4kV侧零序定时限过流保护。

2.2 系统继电保护

根据GB14285-93《继电保护与安全自动装置技术规程》及接入系统报告要求，进行风电场的系统继电保护配置。

110 kV线路保护。本期110 kV出线1回，按照对侧无电源，线路主保护配置光纤电流差动保护，含有相间、接地距离及零序电流保护，检无压、检同期三相重合闸、及三相操作箱。

110 kV母线保护。本期110 kV主接线为单母线接线，配置一套独立的、快速的、灵敏的微机型母线差动保护。

110 kV故障录波。本工程对110 kV系统配置一面故障录波器柜（80路）。

继电保护试验电源。考虑系统保护的发展，及方便保护与综合自动化接口，采用标准化接口规约。为方便保护调试，配置一面继电保护试验电源柜。

3 中性点运行方式及其特点

3.1 中性点不接地系统

系统发生单相接地故障时，故障相电压为零，非故障相电压升高为线电压。中性点电压发生偏移，等于一相相电压。接地点电流为非故障相对地电容电流的和，数值为正常运行时一相对地电容电流的3倍。但线电压仍然对称，可以继续运行2 h。因存在接地容性电流,故在接地点有电弧。

3.2 中性点经消弧线圈接地系统

系统发生单相接地故障时，故障相电压为零，非故障相电压升高为线电压。中性点电压发生偏移,等于一相相电压。该电压作用在消弧线圈上，将产生感性电流。该电流与接地点非故障相对地电容电流的和进行叠加彼此补偿，数值上小于中性点不接地系统对地容性电容电流。但线电压仍然对称，可以继续运行2 h。

表1

3.3 中性点直接接地系统

系统发生单相接地故障时，中性点电压仍然为零，非故障相对地电压保持相电压不变，故障相接地后即通过接地中性点形成单相短路。发生单相短路时保护应立即动作于跳闸，切除故障。

4 主变35 kV侧单相接地故障分析

由于主变35 kV侧接地变的存在，主变35 kV侧发生单相接地故障时，会引起主变差动保护动作，具体原因如下：

当主变35 kV负荷侧A相接地故障时，由于接地变的存在，系统相当于中性点直接接地，A相电压变为零，B、C两相电压仍为相电压；A相接地后，通过接地中性点形成单相短路，A相短路电流变为3I0，B、C两相电流为零。主变35 kV负荷侧A相接地故障时，系统各部分电压、电流如下表1所示。

35 kV负荷侧A相接地电流分布图如图2所示，当35 kV负荷侧A相接地故障时，保护继电器中有差动电流，主变保护的纵差会误动作。

图2 35 kV负荷侧A相接地电流分布图（无零序CT）

5 主变35 kV侧单相接地主变差动保护误动解决方案

在接地变处安装三相CT，将该部分电流也差到保护继电器，此时，35 kV负荷侧A相接地电流分布图如图3所示，差动保护继电器中无差动电流流过，主变差动保护不会动作，由主变的零序过流保护作为接地故障的远后备保护。

图3 35 kV负荷侧A相接地电流分布图（有零序CT）

6 结束语

风力发电是一个集计算机技术、空气动力学、结构力学和材料科学等综合性学科的技术。我国有丰富的风能资源，因此风力发电在我国有着广阔的发展前景，而风能利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整做出巨大贡献。本文结合工程实际，对风电场主变35 kV负荷侧单相接地会引起主变差动保护误动作进行了分析，并给出了相应的解决方法，提高了系统运行的可靠性。

［1］ 贺家李.电力系统继电保护原理［M］.北京：水利电力出版社.

［2］ 能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册［M］.北京：中国电力出版社.