袁晓博

（五凌电力有限公司，长沙 410004）

0 引言

光伏发电在越来越多国家和地区实现平价上网解决经济性瓶颈后，必将成为普惠能源。近年来，我国随着光伏装机规模快速增长和光伏发电技术不断进步，设备制造等建设成本快速下降，使光伏发电的市场竞争力显著提升，光伏行业技术性成本大幅降低，确立了中国光伏产业的全球领先地位［1]。据统计，自21世纪以来，光伏发电电池转换效率增长69%，年新增装机规模扩大500 倍，成本下降90%以上，光伏发电作为第一替代能源的共识正在形成［2]。然而，通常光伏电站由相距较远的各场区以35 kV 电缆或架空方式汇集，其线路较长，自然导致其系统电容电流数值大增，安全问题成了悬在光伏产业头顶上的一把利剑［3]。据统计，全国已出现多起因单相接地故障不能快速切除导致故障扩大并成为光伏发电大规模脱网的主要原因［4]。因此，对于35 kV 系统电容电流数值较大的光伏发电站，接地方式的合理选择将直接影响到光伏电站电气设备的运行安全。考虑系统出现故障时，接地电弧可以自熄，降低间隙性弧光接地过电压，同时提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作［5-7]。本文就某光伏电站一起35 kV母线短时接地导致接地变保护跳闸事件过程进行详细介绍与分析，提出相应整改措施。实践证明，其方法可有效预防类似事故再次发生，并可为光伏行业类似故障处理提供借鉴与参考。

1 事件过程

图1所示为涉事光伏电站电气主接线图。事件发生前，35 kV出线402 断路器合闸，35 kV 母线、接地变兼站用变、SVG变压器、2条集电线路均正常运行；全场总共带约0.26 MW负荷。4月9日11时42分50秒集控中心上位机报接地变兼站用变412保护告警。4月9日11时42分51秒上位机报402 断路器分闸，接地变兼站用变412保护过流Ⅰ段、过流Ⅱ段动作，412 断路器分闸，35 kV 母线PT 柜零序过压保护动作，SVG408断路器跳闸。4月9日11时42分56秒上位机报防孤岛保护低电压Ⅰ、Ⅱ段保护动作、跳闸。4月9日12时08分被告知站内检查无异常，询问对侧无异常，向调度申请试送电。4月9日12时15分35 kV出线402断路器合闸，母线带电运行正常。

保护动作过程：4月9日11时42分49秒611毫秒，站用变保护装置PCS-6921保护启动，1005 毫秒过流Ⅰ段、Ⅱ段出口。4月9日11时42分06秒601 毫秒，母线电压保护装置PCS-9628保护启动，1005 毫秒零序过压保护出口，2242毫秒母线低压Ⅰ、Ⅱ段保护动作。4月9日11时42分50秒726毫秒，防孤岛保护装置PCS-9617保护启动，5154毫秒低电压Ⅰ、Ⅱ段保护动作启动。

图1 电气主接线图

2 结果分析及整改措施

2.1 故障分析

故障发生后，按照先一次后二次，先回路后装置的步骤逐步进行排查，再通过分析故障录波，确定故障范围。图2 ～3所示分别为故障发生时35 kV母线电压故障录波图与接地变电流录波图。因保护装置未接入GPS对时系统，保护装置显示时间不正确，具体时间只能根据监控系统信号先后顺序推断。由故障录波图可以看出，最先动作的保护是接地变过流保护（保护定值1 s、0.2 A），出口断路器为35 kV出线402断路器与接地变412断路器；同时35 kV母线也启动保护动作，出口断路器为35 kV出线402断路器、SVG408 断路器、接地变412 断路器。从图2与图3进一步分析可以明显看到，35 kV母线B相电压降低，零序电压升高，应为B 相存在单相接地情况，导致35 kV 母线零序过压保护出口。由于35 kV 系统为经接地变接地系统，故零序电流流过接地变A、B、C三相，导致接地变出现三相同相电流情况，接地变启动过流保护动作。35 kV母线零序过压保护与接地变过流保护动作时间均为1 s，保护跳闸后35 kV母线保护报低压Ⅰ、Ⅱ段保护动作，保护跳闸5 s后防孤岛保护报低电压Ⅰ、Ⅱ段保护动作。

图2 35 kV母线电压故障录波图

图3 接地变电流录波图

2.2 故障判断

鉴于后期35 kV 母线已恢复上电，运行正常，结合上述分析确定的故障范围，初步判断此次故障为35 kV 母线单相短时接地故障。进一步通过现场检查测试，综合电站实际情况考察，最后提出35 kV 母线单相短时接地故障的主要原因可能是多雨多雾，空气湿度较大，引起绝缘套管凝露闪络及电站附近空气灰尘较多（或其他污秽颗粒）导致的污闪。在两种因素共同作用下，使母线绝缘下降，进而出现母线单相接地或单相短时接地故障现象。

2.3 整改措施

目前电力系统常用的防凝露闪络方法有［8]：开关柜下边的电缆沟、电缆隧道加装排潮设施，其出入口严密封闭防水；密闭开关柜出线室底板以防小动物进入；选用开关柜内支柱绝缘子的合适的爬电比距；高压室装设自然通风设施或安装除湿机；利用停电机会定期清擦设备等。防污闪方法有［9]：避开污染源，采用室内变配电方式；采用增大泄漏比距的方法，限制其表面泄漏电流；定期清除和采用憎水涂料防止绝缘子表面污秽和受潮等。

基于上述故障分析与结果判断，参考当前电力系统常用方法，结合光伏电站特点，提出以下整改方案：（1）为有效地防止母线绝缘下降，确保母线安全运行，加装热缩母排保护套管或使用防污绝缘涂料；（2）为防污闪，利用夜间光伏低发期定期对35 kV高压室清扫且门窗尽量保持常闭；（3）采用碘钨灯交替加热各柜内母线及绝缘设备。经过1年多的运行实践，此方法可有效防止35 kV 母线单相短时接地引发的接地变保护跳闸事件。

3 结束语

通过对光伏电站35 kV 母线单相短时接地导致接地变保护跳闸事件过程进行了分析，并对其故障产生原因进行了现场调查考察，指出凝露闪络和污闪是母线单相接地或单相短时接地故障的主要原因，提出加装热缩母排保护套管或使用防污绝缘涂料、利用夜间光伏低发期定期对35 kV 高压室门窗定期清扫且尽量保持常闭、碘钨灯交替加热各柜内母线及绝缘设备等整改措施。实践证明，其方法能有效解决母线绝缘不良故障，确保运行安全。本文分析解决方案对光伏电站预防类似事件处理，确保电力系统安全、稳定可靠运行具有一定参考价值。