一起风电场集电线路零序保护误动分析及防范措施

胡文波，卢 路，焦庆航，王 昱，刘先俊

(华能巢湖发电有限责任公司，安徽 巢湖 238015)

0 设备概况

某风电场装机总容量100 MW，装设50台单机容量2 000 kW的风力发电机组，电能从风场通过集电线路送至35 kV母线。35 kV母线采用单母线接线方式，经过#1主变(35 kV/110 kV，联结组别YND11)升压，由110 kV送出线101送至对侧变电站。主接线图见图1。110 kV送出线101配置一套光纤差动线路，重合闸方式为三相重合闸。集电线各开关配置线路保护，保护功能包括过流保护、零序保护，零序保护采用外接零序方式。#1主变中性点直接接地，35 kV系统经小电阻接地。

图1 主接线示意图

1 故障经过

1.1 送出线101线路保护动作情况

2020年11月20日6时58分48秒676毫秒，送出线101发生瞬时性单相接地故障，送出线101线路保护装置保护动作，重合成功，101线路保护报文见表1。

表1 101线路保护报文

1.2 第四组风机集电线路312保护动作情况

2020年11月20日6时58分48秒682毫秒，集电线路312保护动作，集电线路312开关跳闸，312线路保护报文见表2。

表2 321线路保护报文

2 现场检查及初步判断

2.1 送出线101线路保护动作分析

根据调度反馈，101线路发生B相瞬时性故障，结合保护装置报文、开关动作情况，判断101线路保护动作正确。

2.2 第四组风机集电线路312保护动作分析

(1)根据报文显示，外接零序过流大于定值0.5 A，零序过流I段动作，此时装置自产零序电流0.002 A，二者之间不匹配。

(2)根据故障录波器波形显示(见图2)，故障时刻，A、B相电流突增至0.25 A且方向相反，C相电流故障前后无明显变化，符合变压器(联结组别YND11)高压侧B相短路的故障特征。借助波形分析软件，在故障时刻，正序电流I1为0.097 A，负序电流I2为0.048 A，零序电流为0 A。

图2 集电线路312故障电流录波图

由(1)、(2)可以初步判断为集电线路312间隔外接零序采样存在异常，导致第四组风机集电线路312开关误动作。

2.3 集电线路312开关间隔现场检查

(1)集电线路312开关间隔外接零序电流互感器一次通流采样检查。外接零序电流互感器变比为200/1，在一次侧加入40 A电流，保护装置显示外接零序电流为0.199 A，确定电流互感器传变、二次回路、装置采样正常。

(2)集电线路312外接零序电流互感器检查。零序电流互感器套在电缆外部，安装在电缆头下部，屏蔽铜辫没有回穿，接线错误(如图3)。正确的接法为屏蔽铜辫回穿电流互感器在电流互感器下部接地(如图4)。

图3 屏蔽线错误接线

图4 屏蔽线正确接线示意图

3 集电线零序保护动作原因分析

集电线电缆屏蔽层两端接地，升压站侧接地点与主地网连接，箱变侧接地点就地接地。送出线101发生单相接地故障时，有故障电流从升压站接地网流过，接地网电位发生变化，在集电线312电缆屏蔽层接地点两端产生电压差ΔU，通过屏蔽层构成回路，在屏蔽层流过故障电流Ik(见图5)，电缆屏蔽层穿过零序电流互感器，互感器感应到的电流达到保护定值后保护动作，因此，可以确定为外接零序电流互感器电缆屏蔽层接线错误导致集电线路312零序保护误动。

图5 故障电流示意图

4 防止零序电流保护误动的措施

零序电流保护有原理简单、灵敏度高等优点，广泛应用于电缆、电动机等电气设备，作为接地故障的主保护，同时零序电流作为故障量，正常运行时，出现异常不易发现。零序电流保护拒动时，会造成越级跳闸，扩大停电范围，零序电流保护误动时，造成负荷跳闸，影响安全稳定运行。因此，零序电流保护的正确动作显得尤为重要。

4.1 零序电流互感器的正确安装

电缆通过零序电流互感器时，电缆金属护层和接地线应对地绝缘；电缆接地点在电流互感器以下时，接地线应直接接地；电缆接地点在电流互感器以上时，接地线应穿过互感器接地[1]。在施工验收阶段，零序电流互感器安装验收检查的主要项目有：

(1) 电缆金属护层和接地线对地是否绝缘；

(2) 电缆金属护层接地点为两端接地，且接地点正确；

(3) 电缆安装在穿心式电流互感器的中心位置；

(4) 电流互感器尽可能安装于电缆头下部[2]；

(5) 零序电流互感器本体连接片紧固良好。

4.2 零序电流互感器一次侧通流检查及保护装置校验

在调试或检修时，在穿心式电流互感器一次侧加入一次电流，查看保护装置采样，验证互感器变比、回路接线、装置参数设置、保护动作值的正确性。

4.3 外接零序电流接入故障录波器

将集电线、变压器等重要设备的外接零序电流接入机组故障录波器，并投入“突变量启动”和“越限启动”功能。当第一次遇到区外故障或区内故障时，仔细查验保护装置和故障录波器中外接零序电流采样值和相位是否正确，如不正确必须查明原因并处理。该方法能尽早发现电缆屏蔽层没有回穿接地的隐患。

5 结束语

本文详细分析了一起区外故障时因电缆屏蔽层接地错误而导致集电线零序保护误动事件，通过分析，确定了故障原因，并针对零序电流保护误动提出有效的应对措施，为运行和维护提供参考。