风电场接地变烧损原因及处理方法分析

概要论述了风力发电场35kV 电源系统由于系统存在接地故障造成接地变压器及中性点电阻柜烧损的实际情况，结合基本原理，讨论了接地变压器及中性点电阻柜烧损原因，并提出了消除故障的方法，通过改造处理，成功消除多起故障。

关键词接地故障烧损 处理

中图分类号：U264文献标识码： A

1前言

国家电网调【2011】974号文件《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》要求对于“风电场集电线系统单相故障应快速切除，不应采用不接地或经消弧柜接地方式”、“经电阻接地的集电线系统发生单相接地故障时应通相应保护快速切除”。为此大多数风力发电场35KV集电线系统母线采用经电阻接地方式运行，但自投运以来，由于在保护定值不完善、厂家配备及保护不到位等原因，经常发生35KV接地变烧损事故，下面对一起典型的由于35kV集电线系统故障造成接地变烧损事故产生原因及处理方法作具体分析。

2接地变作用

接地变是人为制造一个中性点，用来连接接地电阻，当系统发生接地故障时，对正序、负序电流呈高阻抗，对零序电流呈低阻抗，使接地保护可靠动作。风电场接地变故障大多来自集电线路接地。

3一般情况下集电线系统接地情况分析

3.1风电场集电线路多分布在空旷地区或山顶，遭受雷击概率比较高，极易造成线路侧或箱式变内高、低压侧避雷器（或过电压保护器）动作、损坏接地；

3.2每台风机与集电线路间电缆由于质量或外界破坏接地现象比较频繁；

3.3集电线路落物造成相间短路或接地；

3.4集电线杆倒杆、倒塔或集电线驰度不均等其它原因。

4一般情况下集电线系统接地电压分析

4.1风电场集电线路为35KV中性点不接地系统，当集电线路发生单相接地故障时(如A相)，接地相与大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为线电压，产生严重的中性点位移。中性点位移电压的方向与接地相电压在同一直线上，与接地相电压方向相反，大小相等，如图1。

图1A相接地时电压向量图

中性点不接地系统电压表所反映不平衡电压时的故障区别如表1。

表135KV中性点不接地系统故障判别表

故障性质 相别 有无接

地信号

A B C

A相接地 0 线电压 线电压 有

A相高压

保险熔断 降低很多 相电压 相电压 有

A相低压

保险熔断 降低很多 相电压 相电压 无

5一起典型35KV集电线系统故障分析

5.1事故经过

2012年10月22日00时15分某风场主控制室内火灾报警系统警报响，显示位置为一楼35kV母线室。值班员就地检查发现1号接地变室内冒烟，立即将1号接地变193313开关和2号接地变193327开关(两接地变在同一小间内)断开，检查发现#2集电线路A相接地事故，现场查看1号接地变中性点接地电阻柜烧毁。

5.2事故原因

1、接地电阻零序电流互感器虽然接线，但是在保护设定中处于未投入状态，接地电阻柜综合测控装置没有接入电气监控系统，当接地变监测到有接地电流时主控监测画面没有报警、跳闸信号。

2、厂家测温元件安装位置不对。接地电阻柜由于测温元件安装在箱变本体外壳，起不到监测接地电阻本体温度和，当实际温度超过允许值时，没有告警、跳闸信号。

3、故障录波器没有在35kV系统设置数据采集点。当35kV集电线路发生事故时，故障录波器不能反映35kV侧的相关告警和有关数据，事故分析缺少相关数据基础，且延长了故障处理时间。

4、保护定值和时间选择与设备保护不匹配，接地变保护整定值（120A、允许通流时间20S）与厂家定值（设计要求接地变电阻柜电阻值为：通流时间10s，电流100A）存在差异，当集电线路发生一点单相接地故障时，集电线路零序保护未能及时动作切除，致使电阻器通流过大，时间过长造成电阻器烧毁。

5、保护原则不对，接地变压器的零序保护作为低电阻接地系统接地故障的后备保护，其定值按照最低的线路零序过流定值整定。

5.3处理方案：

1、保护原则：应该是集电线路最小，其他保护的定值不小于其下一级定值，集电线路零序保护需要和集电线路的电流保护在时间上和定值上配合，时间上应该集电线路首先动作，然后是接地变、母联、主变出口开关。经过中性点电阻接地电流XR首先考虑需要避开本回路的电容电流IC，般取IR>IC，而且需要一定的系数，一般系数可以考虑1.5-2倍。

2、时间匹配：集电线路零序保护Ⅰ段一般为 0.2-0.3 秒，集电线路零序保护Ⅱ段一般为 1-.1.3 秒； 一般和零序保护Ⅰ段时间级差为 0.5-1 秒。

3、系统的电容电流 Ic ，每条线路的电容电流ⅠC L计算方法

零序过流Ⅰ段Ⅰ1 可以考虑按照系统的最大电容电流进行整定， 一般可以整定为Ⅰ1 > （ 1.5 － 2 ） Ic ，本次按3条集电线路计算，单条集电线路长度取12 km。

对于架空线路，电容电流可以采用下式近似估算：

式中：Ue为系统额定线电压，kV；L为架空线路的长度，km。式中，系数2.7～3.3的取值原则为：对没有架空地线的采用2.7；对有架空地线的采用3.3。

架空线路的对地电容电流，既包括其本身的对地电容电流，也要考虑架空地线（屏蔽线）的对地电容电流的影响。此外，同杆双回线路架设方式也加大了电容电流，其值一般为单回路的1.3～1.6倍。

对于电缆线路，电容电流可以采用下式近似估算：

式中：Ue为系统额定线电压，kV；L为电缆线路的长度，km。

考虑到电缆结构尺寸变化较大，《电缆线路设计手册》中对电容估算公式经验系数进行了修正，电缆电容电流计算公式如下：

式中：K为经验系数；S为电缆截面积，mm2；L为电缆长度，km。

此风场集电线路最长为13.217 千米，集电线路最短为7.15 千米，均采用架空线路，部分有架空地线。经计算线路电容电流在0.724～1.64A区间。

5.4处理过程

1、按集电线路电缆、线路长度、接线方式，重新设定保护定值(高压零序电流二次由2.0改为1.1A(60/1)，控制字改为不带方向，考虑到风机变电源侧故障时不至于切集电线路开关过流Ⅰ段时间由0s改为0.2s延时，Ⅱ段时间由0.2s改为1.0s延时)，并把接地电阻柜综合测控装置各信号接入电气监控系统，当接地变监测到有接地电流时主控监测画面时有报警、跳闸信号。

2、测温元件重新安装在接地电阻固定支架点处。设定385℃时投“超温报警”信号，760℃时投事故音响“接地报警”信号，10S后至跳闸信号，接地变开关动作。

3、35kV 6条集电线路零序电流、过流、超温信号全部接至故障录波器，当35kV集电线路发生事故时，故障录波器反映35kV侧的相关告警和有关数据。

6 工作心得

通过保护重新设定，增加测温报警信号，增加接地故障录波信号，模拟试验正常后投入使用。2013年5月9日#2集电线路终端塔B相电缆头绝缘击穿动作，7月12日、9月23日、10月02日三次动作35kV#3集电线路，经巡线检查发现#2机C相引下线与线路光纤距离不足15cm，在雷雨或大雾天气时存在绝缘不良放电现象，经检修处理恢复正常，也说明接地变保护正确动作，接地变设备运行正常。

7结束语

截止2013年底据不完全统计，全国发生电阻柜烧损、甚至接地变压器烧损的事故，不少于19起，对于风电场及电网系统安全运行存在严重安全隐患。说明接地变在保护原则、保护匹配、设备容量选型等存在比较欠缺，需要在设计、采购及保护设定方面加强学习。

参考文献

文献类别 著录格式

[1]DL/T 780-2001 《配电系统中性点接地电阻器》

[2]DL400-91 《继电保护和安全自动装置技术规程》：中国电力出版社，1991

[3]《电力工程电气设计手册》 电气二次部分(能源部西北电力设计院.)：中国电力出版社，1999

[4] 邹森元《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》：白山出版社，2000

[5] 华北电力科学研究院有限责任公司.《发电厂及电力系统反事故技术措施汇编》：华北电力科学研究院有限责任公司，2002

[6] 解广润《电力系统过电压》中国水利电力出版社2000年5月出版

[7] 刘立毅陈化钢《高电压技术》中国水利电力出版社2001年1月出版

作者简介

刘晶亮，1970年生人，本科学历，现任大唐新能源山东公司项目经理，从事电气检修管理15年，风电工程管理6年，历任电气运行员、高压试验技术员、电气检修专工，电气检修主任、风电项目经理等职，所提出的电气专业技术改造曾获黑龙江省电力行业企业管理科技成果二等奖两次，三等奖二次，东北电管局科技成果三等奖一次，《平均分割法与木锤敲击法在查找发电机转子直流电阻超标故障中的应用》发表于华北电力技术2010年第4期。