某风电场主变跳闸处理分析

2017-09-18刘振宇陈辉张艳锋郭玉龙

中国设备工程 2017年17期

关键词：集电录波过流

刘振宇，陈辉，张艳锋，郭玉龙

（华润电力北方大区，山西太原 030000）

某风电场主变跳闸处理分析

刘振宇，陈辉，张艳锋，郭玉龙

（华润电力北方大区，山西太原 030000）

风电场多建设在偏僻的山区,地形复杂、交通不便,风电场人员配置较少,员工工作经验少,继电保护人员更少,当风电场出现故障继电保护动作后,由于现场工作人员工作经验较为缺乏,查找故障原因处理故障需要花费大量时间,导致发电量损失较多。文章以某风电场一次故障跳闸实例,通过分析保护装置的动作报文和故障录波波形,指导现场运营人员快速找到故障点。

故障录波；保护装置；主变；跳闸

某风电场安装66台单机容量为1500kW风力发电机机组，风电场装机总容量为99MW。风力发电机组通过箱式变升压后，由5条35kV场内集电线路输送到升压站内，风电场升压站安装1台100000KVA（110/35kV）变压器，110kV系统采采用“线路-变压器组”接线方式，采用户外敞开式（GIS）布置，包括1个进线间隔、1组母线PT、1个主变出线间隔。

1 风电场保护配置情况

该风电场110kV线路主保护采用深圳南瑞ISA-311GA/B输电线路成套保护装置，保护包括四段相间距离、三段接地距离、零序电流保护、弱馈线保护、不对称故障相继速动保护、低压减载等保护。1#主变采用深瑞生产的双套电气量保护（型号为：PRS -778）和一套非电量保护（型号为：ISA-361A），主要配置有差动保护、重瓦斯保护、主变高压侧后备保护和主变低压侧后备保护。35kV集电线路保护采用深圳南瑞科技有限公司生产的ISA-367G保护装置，主要配置有：限时过流速断保护、定时限过电流保护、零序I段过流和零序II段过流保护。35kV电容器组配置一套深圳南瑞ISA-359G电容器保护装置，保护配置二段式过流、过电压、接地、不平衡电压和零序差压等保护。35kV SVG配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保护装置，保护配置非电量保护、过流保护等保护。35kV SVG连接变压器保护配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保护装置，保护配置非电量保护、过流保护等保护。35kV场用变配备有一套深圳南瑞ISA-381G线路保护测控装置，保护配置非电量保护、三段过流、过负荷等保护。

集电I线：ISA-367G保护装置，保护CT变比：600/1，零序CT：75/1，主要投入的保护定值为：

限时速断电流定值1．6A，延时：0．15s；定时限过流保护定值0．9A,延时：1s。

零序I段保护定值0．6A，延时：1s；零序II段过流定值：0．5A，延时：1．3s（以上保护全部跳集电I线311开关）。

1#主变采用深圳南瑞有限公司生产的PRS-778，主变容量：100MVA。

主保护：CT变比：110kV侧=600/1，（5P40）35kV侧=2400/1(5P30)

差动速断电流：2．4A；比率差动启动电流：0．4A，比率差动制动系数：0．5；本体重瓦斯：1米/秒；以上保护全部跳主变高压侧101开关，主变低压侧301开关；

本体轻瓦斯告警：A=300cm3，t=9s；压力释放告警：t=9s；油面温度高告警：t=9s。

1#主变低压测后备保护：CT变比：35kV侧=2400/1(5P30)。

过流I段2时限（不经低压侧复合电压闭锁）：1A，延时0．3s，跳高低压侧；过流I段3时限（不经低压侧复合电压闭锁）：1A,0．6s，跳高低压侧；过流II段2时限（经低压侧复合电压闭锁）：0．84A，1．2s，跳低压侧开关；过流II段3时限（经低压侧复合电压闭锁）：0．84A，1．5s，跳主变高低压侧开关。（低压侧：70V，负序电压：7V）。

1#主变高压侧后备保护：CT变比：110kV侧=600/1,（5P40） 35kV侧=2400/1(5P30)。

过流I段2时限（经复压闭锁）：1．13A，1．8s，跳高压侧；过流II段1时限（经复压闭锁）：1．13A，2．1s跳主变高低压侧；复压闭锁取主变高低压侧电压，低压侧：70V，负序电压：7V。

2 故障前的运行方式

2014年5月17日，雷雨天气。110kV#1主变运行、35kV集电I线311开关运行、35kV集电II线312开关运行、35kV集电III线313开关运行、35kV集电IV线314开关运行、35kV集电V线315开关运行、35kV#1站用变317开关运行、35kV#1接地变321开关运行、35kV#1SVG318开关运行、10kV0#站用变热备用、35kV #1FC319开关检修、35kV#2SVG320开关检修；全场风机运行正常，平均风速8．7m/s，负荷4．9万kWh。

3 事件经过

16时32分53秒490毫秒：监控后台报“35kV集电I线311开关限时电流速断保护动作”，监控后台指示311开关状态在合闸位；

16时32分53秒903毫秒：1#主变保护AB柜过流I段2时限保护动作；

16时32分53秒943毫秒：1#主变低压侧301开关跳闸；

16时32分55秒473毫秒：1#主变保护AB柜差动速断保护动作，主变高压侧101开关跳闸，全场失电。

4 结合故障录波图和保护装置的动作情况进行分析

第一阶段：集电I线限时电流速断保护动作，311开关未跳闸。(录波图从0～150ms)：

从故障录波图分析：16时32分53秒752ms时，集电I线三相短路电流达到限时电流速断启动值1．6A，实际值7．2A（现场整定值1．6A，延时0．15s 误差0．01ms 变比：600/1）保护启动，延时159ms时，集电I线限时电流速断保护动作，装置出口，但开关未跳闸，需分析开关不动作原因。

图1

集电I线故障原因分析：从集电I线故障录波图向量分析可以看出，集电I线三相电流大小相等，相位相差120°，三相电压大小相等，无零序电压和零序电流，判断集电I线发生三相短路，由于雷雨天气，且故障时风速不大，初步判断：集电线路三相遭受雷击后三相短路。

第二阶段：集电I线311开关未跳闸后，主变低压侧后备保护过流I段2时限动作，主变低压侧301开关跳闸。保护动作分析(录波图从150～366ms)：

集电I线保护启动同时，主变低压侧后备过流I段2时限达到启动值（过流一段2时限定值：1A，0．3s，变比2400/1，跳主变低压侧301开关），从故障录波和主变保护装置动作情况分析，可以看出主变故障录波在启动后298ms时动作，301开关自身动作时间为50ms左右，在故障发生366ms时，301开关跳闸，集电I线三相短路电流降低，110kV电压恢复正常，电流减少为变压器空载励磁电流。

第三阶段：从故障录波366～622ms，由集电I线电流波形可以看出在366ms时刻，集电I线的三相电流基本对称，最大值1．9A，此时301开关已经跳闸，35KV系统已经与电力系统分开运行，风机继续向故障点提供短路电流，（风机具有低电压穿越能力，风力发电机在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力，风电场电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行），随着风机自身不足以提供足够的短路电流后，电弧熄灭。

第四阶段：从故障录波622～900ms，在集电I线电弧熄灭后，故障消除后，由于风机的低电压穿越能力，电压开始恢复，但由于每台风机都经箱变变压后汇入集电线路，在变压器的恢复性涌流的作用下，35kV的电压高于正常的1．2倍，35kV电压和各集电线路的电流含有大量的非周期分量。

第五阶段：在1876～1939ms期间，110kV侧电流由变压器空载励磁电流突变为2．8A左右，而后101开关跳闸，主变保护装置报主变差动保护动作（主变差动速断定值：2．4A），保护动作正确，现场查看非电量保护未动作。

第六阶段：从1900ms至2495ms，从录波图中可以看出，在1900ms时刻，35kV三相电压同时升高，判断为35kV集电III线某处遭受雷击，而后35kV出现零序电压，集电III线出现零序电流，35kVB相电压降低为B相电流增大，在2055ms时刻C相电流增大，C相电压降低（C相电压降低幅度较B相小），从波形图分析可以得出，在1900ms时刻，集电III线某处遭受雷击后，B相先产生接地短路，而后发展为BC相接地短路，如图1。

第七阶段：从2495ms至最后，由波形图可以看出，在2495ms之后，35kV电压降低为4V左右，而电流维持一段时间后慢慢衰减至0。分析为：在2495ms，风电场1#SVG跳闸，不足以提供足够的无功维持电压，随着风机的全部脱网，电流消失。

综合故障录波分析，得出初步判断如下。

（1）集电I线发生三相短路，需要查找故障点，可能原因为：绝缘子遭受雷击三相短路或为三相绝缘子质量问题，引起的三相弧光短路也可能是绝缘子闪络引起的三相短路。由于故障时刻前后未发现明显过电压，初步分析为绝缘子击穿引起三相短路。重点安排人员查看线路绝缘子。同时要组织人员分析311保护不动作原因。

（2）1#主变差动保护原因分析：结合主变非电量保护未动作的信息，分析认为差动保护区内部主变范围外设备发生短路，可能为主变低压侧封闭母线AB相间短路。重点安排人员检查主变低压侧封闭母线。

（3）集电III线出现B相电压降低，后续C相电压也降低，同时出现了零序电压。因此分析认为，集电III线B相和C相发生了接地短路现象。可能为电缆头故障，重点安排人员检查集电III线所有电缆头。