湖北某光伏电站的接地变保护整定计算

许 飞

湖北鑫华源电力工程建设有限公司，湖北 武汉 430077

0 引言

光伏电站35 kV系统中接地变继电保护整定的准确性，不仅关系着光伏企业的设备利用率及发电效益，更关系着电网的稳定与安全。文章针对光伏电站常规设计，以湖北某光伏电站为例，进行了接地变保护定值整定计算。

1 光伏电站概况

湖北某光伏电站装机容量为70 MW，交流并网电压为35 kV，由箱变逆变器一体化机房将0.6～35 kV的交流进行一级升压并网。该光伏电站拥有1台75 MVA的110 kV主变压器，电站110 kV侧采用线变组接线，35 kV配电装置采用单母线接线。接线包含采用架空线路的集电线路间隔2回、接地变及小电阻1回、SVG间隔1回、PT间隔1回及35 kV主进间隔1回，35 kV系统为低电阻接地系统。

1.1 系统参数

该光伏电站的110 kV母线的等效阻抗、计算基准值分别如表1、表2所示。

表1 110 kV母线等效阻抗（标幺值）

表2 光伏电站的计算基准值

1.2 主设备参数

该光伏电站的主设备参数如表3、表4所示。

表3 主变压器参数

表4 接地变参数

2 主设备的等效阻抗及短路电流的计算

系统容量SB=100 MVA，依据《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》[1]《电力系统继电保护原理》[2]中的计算方法，可以计算出各元件阻抗标幺值及各短路点短路电流。计算结果如表5、表6所示。根据各元件等效阻抗标幺值绘制的系统阻抗图如图1所示。图1中，X1为系统电抗；X2为主变电抗；X3为#1集电线路电抗；X4为#1集电线路到最远处箱变的电缆电抗；X5为最远处箱变电抗；X6为接地变电抗。

表5 各元件等效阻抗

表6 各短路点短路电流

图1 湖北某光伏电站系统阻抗图

3 35 kV接地变保护整定计算

需要进行保护整定计算的保护配置包括过流Ⅰ段、过流Ⅱ段、零序Ⅰ段、零序Ⅱ段、过负荷和低压侧零序过流，相关参数如下：变比为100/1 A；零序电流变比为300/1 A；额定电流为9.83 A。

3.1 过流Ⅰ段的保护整定计算

3.1.1 动作电流

依据《光伏发电站继电保护技术规范》（GB/T 32900—2016）[3]的整定原则，为了保证接地变压器电源侧在最小方式下的相间短路时有足够灵敏度，并躲过励磁涌流，一般取7～10倍额定电流。

式中：Iop为动作电流；K为额定电流倍数，取10；Ie为额定电流；nTA为电流互感器的变比。

3.1.2 灵敏度校验

在最小方式下，变压器高压侧出口两相金属性短路有足够灵敏度，Ksen≥1.5。

式中：Ksen为灵敏系数；为短路电流最小时的两相短路电流。计算结果满足要求。

3.1.3 动作时间定值

依据《光伏发电站继电保护技术规范》（GB/T 32900—2016），动作延时取t=0 s。

3.2 过流Ⅱ段保护整定计算

3.2.1 动作电流

依据《厂用电继电保护整定计算导则》（DL/T 1502—2016）[4]，按躲过变压器的励磁涌流计算动作电流。

式中：Krel为可靠系数。

3.2.2 动作时间定值

与接地变零序Ⅱ配合，可得：

式中：t1.2为接地变零序Ⅱ段动作时间，t1.2=1.1 s；Δt为时间级差，依据《3 kV～110 kV电网继电保护装置运行整定规程》（DL/T 584—2017）[5]，Δt取0.3 s；t为动作时间，t=1.4 s。

3.3 零序Ⅰ段保护整定计算

3.3.1 动作电流

依据《光伏发电站继电保护技术规范》（GB/T 32900—2016）进行单相接地故障灵敏度整定，灵敏系数不小于2，动作时间应大于母线各连接元件的零序Ⅱ段动作时间。

接地变零序阻抗Z0=106.8+j121.68，根据《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》中第三章相关内容可得知电容电流远大于中性点接地电阻值，故在后面的零序短路电流计算中，可忽略电容电流对故障点零序短路电流的影响。动作电流的计算式如下：

式中：I0z为零序电流；j为正弦电流电路中，复数阻抗的虚部。

3.3.2 灵敏度校验

灵敏系数按照Ksen=2整定，灵敏系数满足要求。

3.3.3 动作时间定值

与集电线路零序Ⅱ段进行配合，可利用式（4）计算动作时间定值，t1.2=0.5 s，Δt取0.3 s，动作时间t=0.8 s。

3.4 零序Ⅱ段保护整定计算

3.4.1 动作电流

按可靠躲过线路的电容电流进行整定，动作时间应大于接地变零序Ⅰ段的动作时间。根据《厂用电继电保护整定计算导则》（DL/T 1502-2016），一次电流取30 A，可靠系数取1.5。

3.4.2 动作时间定值

与接地变零序Ⅰ段进行配合，可利用式（4）计算动作时间定值，t1.2=0.8 s，Δt取0.3 s，动作时间t=1.1 s。

3.5 过负荷保护整定计算

式中：Kr为返回系数。t=9 s时发信号。

3.6 低压侧零序过流保护整定计算

依据《厂用电继电保护整定计算导则》（DL/T 1502—2016）进行整定，低压侧中性点零序变比为500/1 A，低压侧一次额定电流为

式中：Krel为可靠系数，取值范围为1.3～1.5；Iunb为变压器最大负荷的不平衡电流一次值，取值范围为0.2～0.5；Ie为变压器低压侧一次额定电流；na0为变压器低压侧中性点零序电流互感器变比；IOP为动作电流。可得：

此时，动作时间t=2 s。

4 结束语

在实际工程应用中，不同人员计算出来的数值不完全相同，需要现场调试和运行人员在实际运行中进行检验,并且随着系统参数、运行工况的变化而修改。通过接地变配置的合理保护、正确的整定计算，可以为接地变及电网的安全可靠运行提供保障。