郑航

【摘  要】风电场集电线含有较长电缆线路时，零序过流保护定值整定不但要考虑母线上接地变压器零序电流，而且要充分考虑同一母线上其余电缆的电容电流对零序过流保护的影响，避免误动作。

【关键词】集电线;零序过流保护;电容电流

一、误动作情况概述

贵麻风电场全场装机容量170MW，安装单机容量2.5MW风机68台，各风力发电机机组经箱式变压器将风机电压由0.69kV升压到35kV后，按多台发电机变压器组为一个集电单元，共10个集电单元接入两段35kV母线。220kV升压站安装单台容量为120MVA主变2台，电压等级220/35kV，升压站最终以220kV牛旧线接入贵州电网。

风电场35kVⅠ段母线接有7条集电线及一台Z型接地变，接地电阻50Ω，接地变无其他负载，每条集电线上带有7台容量为2750kVA的箱式变压器（接线组别Dyn11），35kV系统为中性点经低电阻接地系统，集电线保护装置为北京四方CSC-211线路保护测控装置。

某日，35kVⅠ段母线上的集电四线于21：24：2.843零序过流Ⅰ动作，动作电流二次侧3I0=2.08A，一次侧3I0=208A，随后同一段母线上的集电一线21：24：2.864零序过流Ⅰ动作，动作电流二次侧3I0=0.7A，一次侧3I0=70A，集电二线21：24：2.860零序过流Ⅰ动作，动作电流二次侧3I0=0.5A，一次侧3I0=50A，集电三线21：24：2.853零序过流Ⅰ动作，动作电流二次侧3I0=0.38A，一次侧3I0=38A，集电七线21：24：2.860零序过流Ⅰ动作，动作电流二次侧3I0=0.30A，一次侧3I0=30A，保护动作集电线路的开关均跳闸，其中集电线五、六线保护装置未动作。经检查集电一、二、三、七线相间及对地绝缘合格，未出现接地现象，集电四线3号塔C相引流线断裂并与杆塔接触，发生金属性接地造成零序过流保护动作。

二、误动作原因分析

三相交流系统正常运行时，导线与大地形成电容，因每相输电线路的线径、长度及绝缘材料均相同，三相输电线路对有相同的对地电容，在大小相同的相电压作用下三相电容电流大小相等，相角相差120°，三相电容电流之和等于零，电容电流产生相应的无功功率。

在中性点经小电阻接地系统中，当系统发生单相接地时故障时，非故障相电压升高至倍相电压，故障点的零序电压等于相电压，故障相对地电容被短路，故障线路零序电流等于同一母线上非故障设备的零序电流之和，非故障线路的零序电流等于3倍单相电容电流，接地变的零序电流（R为接地电阻）。

当贵麻风电场集电四线C相发生单相接地短路时，零序电流从故障点流出，经过母线分别流向非故障线路及接地变，再通过线路对地电容及接地电阻回到大地，集电四线零序电流3I0等于非故障集电线和接地变零序电流的向量和。35kVⅠ段母线零序网络如下图。

贵麻风场集电线为交联聚乙烯绝缘地埋电缆与架空线路相结合，并且电缆线路较长，电缆产生的电容电流较大。根据交联聚乙烯绝缘电缆单相接地电容电流计算公式：

式中S-电缆截面积（mm）

U-电缆线电压（kV）

L-电缆长度（m）

经计算，各集电线电容电流值如下表：

贵麻风场每条集电线保护用的零序CT变比为100/1A，保护装置零序过流一段定值为0.25A，时限0.5S，换算到一次侧，当集电线零序电流大于25A并且持续时间达到0.5S时，保护装置将动作跳闸。很明显，当集电四线出现单相接地时，除了集电五、六线外其余五条集电线的单相接地电容流都超过整定值两倍以上，因集电线及箱变存在感抗及阻抗，以及风机设备自身需消耗一定无功功率，往往集电线的实际单相接地电容电流比理论计算值小，集电五、六线的单相接地电容电流没有达到动作值，所以当集电四线出现了单相接地故障时，同一母线上的集电线一、二、三、七线出现因电缆自身的电容电流引误动作。

三、改进措施

中性点经小电阻接地系统有着接地工频过压低，工频过压持续时间短，有利于电气设备的绝缘及避雷器的安全运行等优点，但系统发生单相接地时零序电流大，不能靠短时带故障运行来保障供电的可靠性，需靠继电保护迅速切除故障线路。

贵麻风电场35kV中性点经小电阻接地系统同一段母线连接的电缆线路多并且长，线路的单相接地保护定值整定应不只是考虑流过接地变接地电阻的零序电流，而且还要考虑所有电缆线路的电容电流，同一段母线上连接的电缆长且多时往往会出现电缆的单相接地电容电流比接地变接地电阻的零序电流还大的情况，当接地变零序保护动作作跳闸后，系统仍然有较多的零序电流存在，非故障线路的单相接地电容电流超过零序过流整定值时，也会误动作。

3.1合理整定零序過流动作值。整定零序过流时动作值应按躲过被保护线路外部发生单相接地时的实际电容电流值整定，可靠系数一般按1.2培整定：

3.2利用零序功率方向保护。中性点经低电阻接地系统发生单相接地故障时，在故障点产生一个与其值与故障相大小相等、方向相反的的零序电压，从而使整个系统出现零序电压，故障线路的零序功率流从故障点流向母线，非故障线路的零序功率为母线流向线路，利用故障线路与非故障线路零序功率方向的不同整定零序功率方向保护也能避免非故障线路因电容电流引起的误动作。

四、结束语

风电场风力发电机组较为分散，一般与升压站距离较远，将每台风机连接起来的集电线路多为地埋电缆，并且距离较长，电缆产生的电容电流对继电保护的影响是不可忽略的，在整定集电线零序过流保护带定值时不但要考虑流经接地变接地电阻电流的大小，而且还要充分的考虑电缆电容电流对继电保护的影响，整定零序过流定值应按躲过线路外部发生接地时的实际单相接地电容电流整定，避免出现误动作，保障系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京;中国电力出版社，2012.8

[2]卞铠生，姚家祎工业与民用配电设计手册[M].北京;中国电力出版社，2005.10