关于风电场35kV母线PT柜综合接地保护装置优化探讨

王则会

摘 要：针对某风电场35kV风机集电线路电缆中间接头接地故障，引发35kV母线PT柜内相间短路，结合现场实际情况和故障录波波形全面分析接地故障产生的原因，认为是典型的接地故障。可以确认故障性质和范围，为查找故障点提供依据。对照防范措施要求，防止类似不安全事件重复发生并提出相应的处理办法及改进措施。

关键词：风电场；35kV母线PT柜；综合接地保护装置

中图分类号：TM614 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0134-02

Abstract： In view of the grounding fault of the middle joint of the cable of the 35kV fan collecting line in a wind farm， the phase to phase short circuit in the PT cabinet of the 35kV bus bar is caused. Combined with the actual situation on the spot and the fault wave recording waveform， the causes of the grounding fault are comprehensively analyzed， and it is considered to be a typical grounding fault. It can confirm the nature and scope of the fault， and provide the basis for finding the fault point. According to the requirements of preventive measures， I need to prevent the recurrence of similar unsafe events and hereby put forward the corresponding treatment and improvement measures.

Keywords： wind farm， PT cabinet with 35kV bus bar， comprehensive earthing protection device

1 设备故障原因分析

某风电场由于风机集电线路电缆中间接头接地故障，产生间歇弧光过电压，在35kV母线PT柜内引发相间短路，导致智能型接地综合保护装置（以下简称ZN05A装置）在保护期间出现C相绝缘子击穿、高压限流熔管熔断、一次保护回路侧C相铜排烧断，35kV低压侧主变保护柜过流跳闸，导致引发系统失压。造成主变过流保护动作，主变高压侧（1101）、主变低压侧（3501）开关全部跳闸。

从故障录波图看出（见图1），事件起因是35kV系统1号集电线路A相接地，弧光放电，随后发生了长达十几秒21次间歇弧光过电压，最高相电压超过正常值3倍（70kV），持续过电压使35kV系统三相绝缘降低。

集电线路电缆中间接头发生单相非金属性接地，产生间歇弧光过电压，扩大原因：

（1）综合接地保护装置未及时动作和有效缓解单相接地故障。

35kV系统是不接地系统，接地保护原理是在接地相投入电抗器，抵消接地电容电流，起到消弧作用。查故障录波记录（见图1），A相发生弧光接地时，接地综合保护装置未及时动作；在持续电压突变过程中最后一次突变时，B相电压降低，综合接地保护装置才判断出“B相弧光接地”，保护动作，投入B相真空开关KB。非但未有效缓解单相接地故障，反而使得A、C相稳定在高电压状态，进一步加速非故障相绝缘过压破坏。

综合接地保护装置灵敏性和准确性差，未及时动作和有效缓解单相接地故障是造成本次事件的扩大原因之一。

（2）综合接地保护装置PT柜内电气元件绝缘薄弱，在柜内形成相间短路，最后发展为三相短路。

由于综合接地保护装置PT柜内环境潮湿和绝缘子爬距偏小，接地综合保护装置“B相弧光接地”保护动作后，综合接地保护装置PT柜内C相铜排的绝缘子很快被击穿，在柜内形成B、C相间短路，C相铜排在短路电流下烧断，弧光造成柜内三相短路。最终造成主变过流保护动作，主变高、低压侧开关全部跳闸，全场停电。综合接地保护装置PT柜绝缘薄弱，在柜内形成相间短路，最后发展为三相短路是造成本次事件的扩大原因。

2 事件暴露的问题

2.1 综合接地保护装置灵敏性和准确性差

（1）灵敏性差：发生多次弧光接地，未及时动作。（2）准确性差：未动作首先发生接地的A相，而动作于后发生接地的B相。

2.2 继电保护设计存在缺陷

（1）按照风电场设计理念，为提高供电可靠性，35kV系统采用中心点不接地系统，发生单相接地情况时，允许继续运行2小时。所以接地综合保护装置对单相接地故障只起报警、选线消弧作用，对集电线路接地故障并未设计跳闸功能。（2）在本次事件中出现多相接地情况，且主短路点在PT柜内，集电线路电流未达到过流保护动作值，集电线路保护装置没有动作，属正常现象。但未充分考虑到可能出现的各种复杂情况，未能迅速切除故障集电线路，造成主变过流保护跳闸，全站停电，说明本站继电保护设计存在缺陷。

3 35kV综合接地保护装置PT柜装置现场改造优化方法如下

3.1 优化一次电抗器保护回路

（1）将一次电抗器保护回路的所有元器件（绝缘子、真空接触器、电抗器、零序CT、高压限流熔管、微动开关、铜排及导线等）移除。（2）ZN05A装置优化一次电抗器回路后，除灭弧外其余功能（如PT柜、实时监测系统状况、单相接地选相选线、二次消谐、PT断线、发信等）保持不变，并在装置内一次侧采样回路增加一个加热器。

3.2 优化该回路优点

（1）可避免单相接地时装置频繁投退电抗器对系统产生扰动。（2）可避免系统发生先后异相接地时，装置投保护期间发生的相间短路故障引发柜内部件烧损等，降低站内停电检修的概率。

3.3 优化该回路缺点

系统发生单相弧光放电时，不能进行灭弧，但改用快速驱动集电线柜跳闸的方式后，系统发生单相接地故障时，快速切除故障线路，将故障点迅速隔离，结合该站特点，此种保护方案优于电抗器的灭弧保护方案。

3.4 增加跳闸功能

（1）装置增加跳闸功能：增加一个跳闸箱，加装跳闸压板及相应接线等。需准备电缆并安排施工人员放设各集电线柜至ZN05A装置跳闸端子排的电缆线。（2）增加跳闸功能后当系统发生单相接地故障时，可快速切除故障线路，防止事态扩大故障，引发系统失压及烧毁设备等事故。

3.5 优化装置消谐回路

（1）根据系统情况选择合适阻值的二次消谐电阻取代原电阻。（2）将10A消谐保险RX3更换为25A的空气开关。（3）将消谐继电器更换为固态继电器，同时给固态继电器接入工作电源（通过分压电阻盒给继电器提供合适的工作电源）。（4）以上二次消谐回路并接在ZN05A装置的PT开口三角电压3U0处。

3.6 对装置进行ZN05A控制软件升级

（1）ZN05A控制软件升级及智能化单相接地保护：瞬时故障选相选线报警、永久故障选相选线跳闸、间歇性持续故障选相选线统计跳闸。（2）缩短谐振判断响应时间，消谐效果更为理想。（3）当系统电压恢复正常后，及时撤除告警和跳闸开出信号。

参考文献：

[1]靳现林，喻宜.风电场35kV母线单相接地引起三相短路故障分析[J].風能，2013（6）.

[2]周昶安.探讨风电场35kV系统中性点接地方式的选择[J].电气制造，2013（6）.

[3]刘渝根，彭国荣，马晋佩，等.风电场35kV电缆网中性点接地方式特性分析[J].电工技术，2015（2）.