风电场35kV集电线路单相接地联跳主变低压侧原因分析及现场处理

吴益航

【摘 要】随着经济的不断发展，在现阶段的能源使用我国越来越开始推广清洁能源，而风能就是一种优质的清洁可再生能源，为此越来越受到重视，我国风能储备丰富，开发利用潜力巨大。在“十一五”计划期间，我国的风电取得非常迅速的发展，自2005起，我国风电机组总装机连年翻番。但是在风电生产运行过程，也存在一些困扰。比如35kV集电线路单相接地故障频发，甚至出现越级联跳主变低压侧的问题。

【关键词】风电场35kV集电线路；单相接地；联跳主变低压侧

中图分类号： TM614 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）24-0026-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.013

【Abstract】With the continuous development of economy， Chinas energy use at the present stage is increasingly promoting clean energy， and wind energy is a kind of high-quality clean renewable energy. Therefore， more and more attention is paid to wind energy reserves in China， with huge potential for development and utilization. During the 11th five-year plan period， Chinas wind power achieved very rapid development. Since 2005， Chinas total installed wind power units have doubled year by year. However， there are some problems in the process of wind power production and operation. For example， the single-phase grounding fault of 35kV collector circuit is frequent， and even the problem of overstep main transformer low voltage side appears.

【Key words】Wind farm 35kV collector circuit； Single phase grounding； Double jump main transformer low pressure side

0 引言

隨着我国《可再生能源法》的正式颁布以及实施，为我国风力发电企业投资提供了保障，更好的对风电产业在电网中的接入、电量的收购以及电价的分摊和结算等不同方面进行分析，更好的帮助风电产业在我们国家的发展和使用，真正的做到可持续发展战略的实践。在风电行业如火如荼开发、实践、生产过程中，我们也遇到诸多问题。本文对风电场频发的35kV集电线路发生单相接地联跳主变低压侧问题的主要原因进行分析，并根据现场实际，提出故障防、治方案。

1 事故前风电场保护投入情况

目前，在我国多数风电场35kV系统单相接地线路其所使用的保护测控装置为国内保护“四大家”，本文以许继电气WXH-822集电线路综自和WCB-822接地变保护为例。在实际应用中，WCB-822接地变保护适用于各种不同接地系统的所用变、接地变等不同的保护测控，并且自带操作回路；保护配置方面，具有三段过流的保护、过负荷的保护、低电压或者是过电压的保护、4 路非电量的保护、控回断线告警、高压侧或者低压侧零序过流保护、母线 PT断线告警等不同的功能。WXH-822集电线路综自装置适用于35～110kV的接地或者是不接地系统中、单端或者是双端的电源线路，具备自带操作回路功能，保护配置方面主要有：三段低压闭锁方向过流保护（其中包括了方向或是低压的独立整定）、后加速保护、重合闸保护、对于系统中不接地或者是直接接地系统零序方向过流保护、过负荷保护、低压减载、PT断线告警、控回断线告警。

事故前WXH-822和WCB-822保护出口均投入电流I、II段、零序电流保护，同时WCB-822出口整定联跳，即联跳分段开关和联跳主变低压侧开关。

2 风电场35kV集电线路单相接地联跳主变低压侧原因分析

在实际应用中，对于风电场35kV系统中出现越级联跳主变低压侧的主要原因有：保护定值整定时未充分考虑实际运行时电容电流和线路故障时零序电流，线路阻抗折算参数选择过于保守，定值配合不合理，以及安装工艺不良，调试工作不到位等，具体分析如下：

2.1 保护定值配合不合理

为保证集电线路单相接地能快速切除故障线路，在集电线路设置零序电流保护，该零序电流可由集电线路进线开关三相CT计算自产或在集电线路进线开关靠电源侧装设零序电流互感器，一般情况，风电场集电线路进线开关采用直接装设零序电流互感器较常见。而风电场35kV系统通常为不接地系统，为保证35kV系统（如35kV母线）单相接地故障能反应零序电流并快速切除故障点，风电场35kV系统一般采用接地变中性点经电阻接地，一旦35kV系统出现不平衡（包括区内外故障），即可在接地变中性点的零序CT上产生零序电流。由此可知，集电线路（包括箱变、风电机组）单相接地时，产生的零序电流对于接地变来说，应算低一级故障，不能越级时接地变保护动作。只有当接地变临近区内设备（如35kV母线）发生单相接地时，这个故障量方可驱动接地变保护动作，甚至出口联跳变压器低压侧开关和35kV分段开关。

因此，在保护定值配合上，接地变零序电流应大于集电线路进线开关，最好在零序时限上接地变也大集电线路进线开关一个级差。若整定计算时，未充分考虑集电线路电容电流和接地故障的各级零序电流，对集电线路自身阻抗折算参数选择时，过于保守，均会导致核算出的零序电流定值不合理。一旦集电线路发生单相接地故障，该灵敏动作的集电零序保护不动作，而达到接地变零序定值，则不该动作的接地变即出口联跳主变低压侧。

2.3 安装工艺不良，调试工作不到位

部分单位出于缩短工期、节省材料、控制成本等原因，分包、转包工程项目，现场施工单位鱼龙混杂，工艺、水平参差不齐。可以说，安装、调试问题可直接导致35kV系统单相接地故障时越级跳主变低压侧。

对架空型集电线路线夹、绝缘子等线路金具，在引线上若对金具压接不牢、螺栓选用规格不符、接触面处理不到位等均可造成后续运行中，接头发热甚至断落引起集电线路单相接地；对于直埋敷设的电缆型集电线路，电缆中间接头的制作工艺尤为重要，须严格按照工艺流程书，严控现场环境的粉尘、温湿度，关键环节（如防水包扎、半导电层倒角、冷缩套管）须严格把关。因为中间接头隐蔽的缺陷不全会被在电缆耐压试验发现，若这些隐蔽缺陷遗留到运行中，则随时可能引发电缆中间接头击穿，比如半导电层倒角不平整、出现毛刺等，则会因电位在电缆中间接头表面分布不均长期放电，进而引发电缆击穿。

二次系统的安装需严格按照设计图纸、厂家手册施工，确保零序互感器磁路闭合良好，CT组别接线正确，电缆终端屏蔽接地线不得穿过零序互感器。调试参照交接试验规程，不得出现缺项漏项，不弄虚作假，真实反映二次系统所有问题和缺陷，并确保所有影响设备安全运行的缺陷全部整治到位后方可送电。

3 风电场35kV集电线路单相接地联跳主变低压侧的现场处理

3.1 针对一次系统设备的排查处理

当风电场35kV集电线路发生单相接地时越级跳闸主变低压侧时，对一次系统设备的排查处理建议如下：

（1）加强对一次设备的巡检。故障发生后需尽快对故障范围内或与故障设备有电气连接的巡视检查。站内设备重点检查开关、电缆终端、避雷器等。同时开展故障线路全线巡线，重点排查金具，导线、引线及跳线外观，对于直埋电缆线路，需沿电缆路径检查是否有外力施工，重点查看电缆中间接头外观有无击穿、放电痕迹。有条件时，配合线路故障检测手段排查。除事后巡查，风电场应依据相关规程对一次设备开展日常巡回检查。

（2）定期停电的设备检查、预试。结合定期停电，做好一次设备检查、预试，对于容易被雨雾风雪沙尘污染的线路瓷瓶、金具，需结合停电清扫并记录，对电缆、引线、紧固螺栓、支撑绝缘子、避雷器等部件进行力矩检查。通过试验手段，检查开关动作特性、设备绝缘、回路电阻等，发现开关机构卡涩等可能影响开关动作的缺陷，须立即处理。

3.2 针对二次系统相关设备的排查处理

（1）排查定值配合，特别是集电线路、接地变零序定值配合；确认集电线路零序电流整定是否合理，正常运行时应能躲过该线路正常运行时的电容电流，集电线路单相接地故障时能可靠灵敏动作；接地变零序电流正常运行时应能躲过35kV系统电容电流，集电线路发生单相接地故障时应优先保证该故障集电开关能可靠动作，只有当该故障集电开关拒动或单相接地故障发生在接地变临近区内（如35kV母线单相接地故障）才能出口联跳主变低压侧开关。

（2）排查集电线路综自及其二次回路。检查集电线路综自装置，确认综自工作稳定，无卡钝死机等现象，输入的整定参数与定值通知单一致，跳闸矩阵整定正确，跳闸出口软压板或控制字整定正确，开关柜面板上硬压板正确投入；排查集电线路开关二次回路（包括集电线路开关本体各辅助触点）各节点，接线无松动脱落，各中间继电器动作灵活，测量分合闸线圈阻值正常。

以上二次系统的排查，若在保护配合、二次回路外观检查均未发现明显异常时，则有必要进行二次通流试验，模拟集电线路单相接地故障量，在保护CT二次侧通入模拟的故障电流，确认集电线路发生单相接地时能可靠切除故障线路。

4 结语

本文综上所述，在现阶段风电技术发展应用中，风电场技术人员应从原理上深入理解风電场电气系统，“不能无书也不可尽信书”，需参阅技术规范并结合实际运行数据，合理整定和配合保护定值，同时加强对风电场安装、调试的监管和验收，从源头上消除设备运行隐患，避免风电场35kV集电线路单相接地故障的频繁发生，杜绝越级联跳主变低压侧恶性问题，保障风电场电气系统安全稳定运行。

【参考文献】

[1]刘春玲.风电场35kV系统单相接地故障分析[J].农村电气化，2015（1）：43-44.

[2]吴跃宏.风电场35kV系统单相接地联跳主变低压侧原因分析及现场处理[J].引文版：工程技术，2015（43）：192-193.