劉 杰，王志軍，何志豪，童 剛

（華潤電力（宜昌）有限公司，湖北 宜昌 443000）

0 引 言

隨著新能源裝機(jī)容量不斷增長，集電線的長度以及回路數(shù)量也不斷增加，集電線成為了新能源重要電力輸送設(shè)備[1]。由于新能源集電線地處山區(qū)，運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，雷電、鳥害、樹障等因素極易導(dǎo)致架空線路發(fā)生故障跳閘，于是越來越多的新能源場站集電線采用電力電纜，而電力電纜線路存在著較大的對地電容電流以及間歇性弧光過電壓[2]。國家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行反事故措施要點(diǎn)》的通知（國家電網(wǎng)調(diào)〔2011〕974號(hào)）要求，風(fēng)電場匯集線系統(tǒng)單相接地故障應(yīng)快速切除。匯集線系統(tǒng)應(yīng)采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地方式，不應(yīng)采用不接地或經(jīng)消弧柜接地方式[3]。經(jīng)電阻接地的集電線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，應(yīng)能通過相應(yīng)保護(hù)快速動(dòng)作切除，但目前普遍存在集電線零序定值整定問題，引發(fā)繼電保護(hù)誤動(dòng)、越級(jí)跳閘事件。

1 案例分析及治理

1.1 某風(fēng)場電氣主接線方式

某風(fēng)場電氣主接線圖如圖1所示。其通過一回110 kV架空線路送入對側(cè)110 kV變電站，3條35 kV集電線匯集到35 kV母線上，#1主變高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，35 kV側(cè)通過接地變及電阻接地。

圖1 某風(fēng)場電氣主接線圖

1.2 主要參數(shù)及集電線電容電流計(jì)算

圖1中升壓站內(nèi)主變壓器為Y-△接線方式，35 kV低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)。接地成套裝置為不接地系統(tǒng)提供人為的中性接地點(diǎn)，為單相接地故障電流提供接地回路。接地成套裝置主要參數(shù)如表1所示。

表1 接地變參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

風(fēng)電場#1、#2、#3集電線均為35 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜，依據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊電氣一次部分》電纜電容估算經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。電纜電容計(jì)算公式為

表2 集電線參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

式中：U為電纜線電壓，kV；L為電纜長度，km。

1.3 案例分析

2019年3月20日02時(shí)46分，某風(fēng)場中控后臺(tái)報(bào)：35 kV#1集電線報(bào)零序Ⅰ段動(dòng)作，動(dòng)作電流為3I0=0.504A（設(shè)定值為0.12 A、0.5 s零序電流互感器變比300/1），35 kV#1集電線開關(guān)跳閘；35 kV#2集電線報(bào)零序Ⅰ段動(dòng)作，動(dòng)作電流為3I0=0.153A（設(shè)定值為0.12 A、0.5 s零序電流互感器變比300/1），35 kV機(jī)2線302開關(guān)跳閘。現(xiàn)場檢查：35 kV#2集電線路線對地絕緣，A相對地絕緣40 MΩ、B相對地40 MΩ、C相對地40 MΩ；35 kV#1集電線路線對地絕緣，A相對地絕緣0 MΩ、B相對地0 MΩ、C相對地0 MΩ（箱變高壓側(cè)負(fù)荷開關(guān)未分開）。經(jīng)過現(xiàn)場檢查分析發(fā)現(xiàn)，#2集電線路送電成功，#1集電線路電纜中間頭發(fā)生故障擊穿。故障波形如圖2、3所示。

圖2 #1集電線路動(dòng)作波形圖

圖3 #2集電線路動(dòng)作波形圖

結(jié)合圖2、圖3故障波形進(jìn)行分析，圖中的錄波采樣的電流含有較大負(fù)荷分量，不易直接觀察出突變量。

#1、#2集電線路動(dòng)作波形圖如圖4所示。

圖4 #1、#2集電線路動(dòng)作向量圖

結(jié)合圖4中#1、#2集電線路動(dòng)作向量進(jìn)行分析，#1集電線發(fā)生故障瞬間，電流量角差已失去平衡且存在突變量，#2集電線保護(hù)動(dòng)作前，三相電流仍基本對稱，除零序分量外無明顯突變量。初步判斷#1集電線路內(nèi)部發(fā)生單相接地故障，#2集電線路內(nèi)部無故障，應(yīng)屬于保護(hù)誤動(dòng)跳閘。對#2集電線零序電流互感器進(jìn)行通流試驗(yàn)及保護(hù)裝置校驗(yàn)、傳動(dòng)試驗(yàn)，保護(hù)采樣精度滿足要求，裝置正確動(dòng)作，二次回路檢查、傳動(dòng)試驗(yàn)也均合格，排除保護(hù)設(shè)備、裝置、回路故障可能性[4]。

檢查保護(hù)定值整定情況，由于35 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)為非直接接地系統(tǒng)，出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，35 kV全母線會(huì)出線零序電壓，非故障線路上有電容電流，保護(hù)安裝處的零序電流數(shù)值等于該線路本身的容性電流。故障線路的保護(hù)安裝處零序電流為非故障線路零序電流與中性點(diǎn)電流之和，當(dāng)集電線零序保護(hù)不帶方向時(shí)，該線路的零序電流保護(hù)定值應(yīng)躲過該線路容性電流。零序電流分布如圖5所示。

圖5 零序電流分布

例如：#2集電線路電纜的容性電流3Ic數(shù)值為48.3 A，#2集電線路零序過流保護(hù)定值I數(shù)值為45.9 A，電纜的容性電流大于零序過流保護(hù)定值，因此不滿足相應(yīng)的整定計(jì)算要求，造成#2集電線路零序過流保護(hù)保護(hù)誤動(dòng)跳閘；而#3集電線路電纜的容性電流3Ic數(shù)值為34.3 A，#3集電線路零序過流保護(hù)定值I數(shù)值為36 A，電纜的容性電流小于零序過流保護(hù)定值，因此零序保護(hù)不誤動(dòng)。本次#1集電線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，#1集電線路零序保護(hù)動(dòng)作跳閘，#2集電線路由于零序保護(hù)定值整定計(jì)算只從單方面考慮集電線零序保護(hù)動(dòng)作靈敏度，未考慮區(qū)外故障自身的容性電流，造成保護(hù)誤動(dòng)跳閘，這也是目前風(fēng)電場集電線零序整定較為突出、常見的問題。

2 增強(qiáng)可靠性措施

為增強(qiáng)35 kV系統(tǒng)零序保護(hù)的可靠性，防止保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)、越級(jí)跳閘情況出現(xiàn)，制定了以下技術(shù)整改舉措。

（1）接地變零序定值整定綜合考慮以下因素：可按照2～3倍靈敏度設(shè)定；躲過系統(tǒng)容性電流；與集電線、站變等饋線零序保護(hù)配合[5,6]。

（2）集電線零序保護(hù)整定綜合考慮以下因素：可按照3～4倍靈敏度整定；如#2集電線路躲過本線路最大容性電流為3I0=3Ic=48.3 A，可靠系數(shù)K取1.3，電流互感器變比為300∶1，來進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下[7]：

因此，#2集電線路零序保護(hù)電流二次側(cè)定值整定為0.2 A。

（3）為防止集電線單相接地引發(fā)接地變越級(jí)跳閘，接地變過流定值綜合考慮以下因素：躲過變壓器空載投入時(shí)的最大勵(lì)磁涌流；躲過外部接地故障流過接地變電流；兩相短路靈敏度。結(jié)合實(shí)際接地電流進(jìn)行核對定值合理性。

3 結(jié) 論

新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展必將帶來一系列的電網(wǎng)技術(shù)問題，其中繼電保護(hù)的可靠性又尤為關(guān)鍵。如果零序保護(hù)整定不合適，易造成相應(yīng)的保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)、越級(jí)跳閘，尤其是早期及基建剛轉(zhuǎn)運(yùn)營場站，在計(jì)算零序定值時(shí)，未考慮線路類型、長度、電容電流。目前，新能源正快速發(fā)展，文章結(jié)合日常保護(hù)動(dòng)作真實(shí)案例進(jìn)行解析，按照整定計(jì)算相關(guān)規(guī)程提出了新能源35 kV系統(tǒng)零序保護(hù)整定的原則及增強(qiáng)其可靠性的舉措。