风电场站内继电保护零序保护整定方案探讨

郭俊刚

（神华国能集团有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特010000）

风电场保护与传统配电网继电保护具有很大的区别，常规的配电网电源由于是单向流动方式。电能一般从系统流向线路终端，而风电场发电情况下，是从集电线末端向系统。传统基于电流保护的系统中，电流及短路电流都发生了流向变化。另外，风电场零序保护主要分为主变高压侧和低压侧两种部分。通常高压侧零序保护采用中性点直接接地零序与间隙零序保护相互配合方案。低压侧主要采用小电阻接地方式或采用接地接地变方式。采用这种接地方式下，风电场集电线系统可以采用零序电流识别单相接地故障。对于超出接地线零序ct 范围外的母线采用母差保护。对于母线上的站用变、SVG 同样配有零序电流保护。采用这种方案对风电站内的所有电气设备进行覆盖。

1 零序电流计算方法

1.1 接地变零序电流计算方式

图1 Z 型接地变示意图

图2 集电线与接地变连接示意图

图3 简化零序网络示意图

式中，UP为电网电压，V；RN为中性点点接地电阻，Ω；X0为接地变零序电阻，Ω。当集电线路发生单相金属性接地时，流过故障集电线路的零序电流等于接地变与非故障线路单相金属性接地电容电流的向量之和。设定是要考虑最小的故障电流。

1.2小电阻接地电流计算方式

据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中“风电场汇集线系统单相故障应快速切除”的要求，为准确选线跳闸，大多风电项目35kV 中性点采用电阻接地系统。但在接地电阻的阻值选择上，各工程存在一定的差异，第18.2.6 条规定，小电阻接地系统，中性点接地电阻值按选定的单相接地电流值计算，即

Id：选定的单相接地电流值。

RN：中性点接地电阻。

UN：主变低压侧额定电压。

在设计院给出接地阻值的前提下，单相接地电流值计算公式为

集电线路为主的风场，因接地电容电流值一般在30A 左右，故接地电阻电流值一般选择在100～200A 左右，而对于大型全电缆集电线路风场，有一些设计院一般将电流值固定在200A或400A，还有一些设计院是根据实际计算的电容电流值并将其放大1.5～2 倍而选择的。

2 风电场站内整定配置方案

2.1 集电线零序保护

风电场站内零序保护按照短路电流计算方法获得的零序电流。考虑系统最小运行方式下，集电线最远处具有足够灵敏度。首先确认集电线零序保护定值。这里需要考虑集电线共有线路及电缆和架空线相连接的情况，如果实际条件允许可以实测集电线路的实际零序阻抗用于短路电流计算。目前不同的集电保护装置对于集电线零序配置的不相同，一些保护装置采用了两段是保护，一些采用一段保护。在定值设置需要估计集电系统电容电流，避免系统零序电流动作值过小造成保护勿动跳闸，同时要避免定值过大而导致集电线系统产生间歇性弧光接地。

2.2 SVG 及站用变零序保护

对于35KV 系统SVG 可以定值采用集电线路零序定值即可。对于站用变由于一般容量不超过800KVA，零序电流动作值和过流一段的定值有可能比较接近。这里一般要注意与过流保护的配合问题。可以采用两个设定值之间具有足够倍数。在无法满足时，通过时限进行区别，方便系统跳闸后故障的定位及故障的排除。

2.3 35kV 母线保护方案

35kV 母线范围内的单相接地故障是通过母差保护设备进行保护。这里主要是注意系统的设计符合和实际负荷在不同时，要满足足够灵敏度一般按照实际负荷进行整定。

2.4 接地变及主变压器低压侧零序保护

接地变作为站内低压系统的零序后备保护，在设置是按照指导要求定值必须为集电线零序对应的保护多1.2 倍。在实现上需要比对应保护段多一个实现配合。与主变低压侧一致的是跳闸出口依照变压器高压侧是否采用线变组接线方式，如果采用一段采用跳低压侧，二段跳变压器两侧，对于非线变组方式宜采用两段均跳双侧。

3 风电场站内零序电流整定时限配合

零序保护在时限设定时需要考虑集电线路是够在风机接入时增加箱变高压侧断路器。如今一些为了增加集电线的无故障运行小时，减少单台风力机组T 接接头以下的短路故障造成整条线路的风力机“陪停”现象。增加了风力机箱变高压侧断路器。低压系统零序保护定值实现将采用三级方式。第一级为箱变高压侧零序保护，需要考虑躲过箱变合闸时励磁涌流引起的零序电流。时限一般从0.1s 起。第二级为集电线路零序保护，定值设定时需要考虑与第一级之间的配合。一般增加一个时限级别，或是让第一级有更高灵敏度时限一致。第二级保护中也可设置多个时限提高因线路非金属性接地的灵敏度。第三级保护是低压侧接地变或是变压器低压侧小电阻接地系统零序保护。定值设定时比第二级多出一个时限。如果在站内不设有箱变高压侧断路器，这按照二、三级设定即可。同样也需要考虑箱变合闸时的励磁涌流问题。加入至少0.1 秒的延迟。

4 风电场站内零序保护动作故障排查

对于风电场站内零序动作后，首先应观察故障录播装置的实际动作逻辑及动作时刻的电流和电压实际波形。对故障原因进行实际分析。逐步确定故障的原因及位置。

如果集电线保护设备零序保护动作，结合保护动作记录排查保护动作状况、风机运行状况以及箱变状况，进而对故障点的位置和实际情况进行合理的分析和判断。零序保护首先将故障切除，经由消弧线圈接地，首先查看线路的布置是否正确，其次再接线，最后再查看单相故障转化为三相故障的状况。对风机和箱变运行的故障的排查，需要查看风机监控系统是否发出故障报告，如风机变流器的故障信号，以此作为风机和变速箱故障评定依据。

对于直接接地故障，首先通过采用测量绝缘电阻方式检验，测量时，使断路设备与整个系统明显隔离，做好验电工作，检测完成以后再合理放电。对即将拆卸的电缆进行检测时，做好标记，避免因接线错误引发安全事故。对于非直接接地故障，对电缆进行分段检测，一般故障位置基本都是接头处，需要注意电缆分接头的检查，在接地位置做好标记。

如果发生越级动作，需要检查各级动作设置的定值是否合理。以及故障位置是否发生在集电线路保护区域之外。如果是低压母线单项接地保护动作的话。进行合理排查消除故障。如果是集电线保护范围之内的故障需要对具体发生原因，逐步排查一次设备、二次设备等具体问题，进行逐一排查。

5 结论

随着风电场装机容量的日益增加，风电场站内继电保护作为设备装置故障时的保护起到了重要的作用。对于区域电网大规模集中风电场区域来说风场内的继电保护尤为重要。为防止风电场短路故障越级跳闸事故的发生。微机继电保护必须合理的设置定值。在风电场站内对于单项接地故障的切除，主要采用的零序电流保护方式。零序保护电流的合理配置及时限整定决定了保护是否能起到预定效果。