風電場主變跳閘繼電保護動作分析

謝麗娜

山西龍源風力發電有限公司 山西太原 030006

1 故障時運行工況

系統故障前運行方式如下圖所示：

220kV1線、220kV2線運行；220kVA母及其附屬設備運行，1#主變及35kVⅠ段母線運行，#1站用變311開關、集電I線312開關、集電II線313開關、集電III線314開關運行；1#無功補償裝置315開關運行[1]。

故障前全場平均風速2.5m/s，全場風機待機，沒有出力，主變功率接近為0。

2 故障簡述

2019年06月07日14時08分27秒872毫秒，集電I線312開關跳閘，過流I段保護動作，動作電流20.517A；

現場雷雨天氣，全場平均風速2.5m/s。

3 保護動作情況

000ms，集電I、II、III線保護啟動、主變保護高后備、低后備過流元件啟動。

295ms，集電I線過流I段保護動作，動作電流二次值為20.517A，一次值為8200A。

360ms，集電I線312開關跳閘。

500ms，主變高壓側復壓過流I段過流保護動作，動作電流二次值為1.168A，一次值為934A。

500ms，主變低壓側復壓過流I段保護動作，動作電流二次值為2.913A，一次值為5826A。

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560ms，#1主變低壓側301開關跳閘。

保護定值：

集電I、II、III線過流I段：2.5A（一次1000A），0.3s，帶方向閉鎖。

主變高壓側后備過流保護：0.6A（一次480A），0.5s，帶高低壓復壓閉鎖。

主變低壓側后備過流保護：1.2A（一次2400A），0.5s，帶高低壓復壓閉鎖。

4 保護動作后的檢查

18時15分，巡視發現集電I線#10風機箱變高壓室電纜頭B、C相擊穿。

5 故障及原因分析

000ms：

風電場集電線路進站終端塔處遭受雷擊，主控室可以看到較亮的閃電，且雷擊聲音較大。初步判定為球狀閃電。

在雷電過電壓作用下，集電I線10號箱變B相電纜頭絕緣擊穿，直接接地。

集電線路II、集電線路III為同塔雙回，在雷擊的作用下，集電線路II的A相、集電線路III的A、C相同時發生閃絡[2]。

240ms：

集電I線10號箱變C相電纜頭絕緣擊穿，BC相間短路接地故障。

集電線路II的A相、集電線路III的A、C相繼續發生閃絡未熄弧。

360ms：

集電I線跳閘。

集電線路II的A相、集電線路III的A、C相繼續發生閃絡未熄弧。

580ms：

主變高后備、低后備保護動作，主變低壓側301開關跳開。

6 保護動作情況

000ms，集電I、II、III線保護啟動、主變保護高后備、低后備過流元件啟動。

295ms，集電I線過流I段保護動作，動作電流二次值為20.517A，一次值為8200A。

360ms，集電I線312開關跳閘。集電II、III線未跳閘，故障持續存在。

500ms，主變高壓側復壓過流I段過流保護動作，動作電流二次值為1.168A，一次值為934A。

500ms，主變低壓側復壓過流I段保護動作，動作電流二次值為2.913A，一次值為5826A。

560ms，#1主變低壓側301開關跳閘。

7 集電II、III線保護未動作原因

000ms，集電I、II、III線同時遭受雷擊時，集電II線A相過流I段啟動、A相方向元件啟動。

240ms，集電I線B相單相接地發展為BC相相間短路接地，BC相母線電壓大幅下降。由于母線BC相電壓過低，導致集電II線線路方向元件無法判斷方向，方向判據返回。

360ms，集電I線跳閘將集電I線故障點切除后，母線電壓升高，集電II線A相方向元件重新動作。

560ms，主變后備保護動作，切除故障。此時未達到集電II線過流I段保護動作時限0.3s，集電I線13開關動作。

通過集電III線保護裝置導出的錄波圖分析

000ms，在集電I、II、III線同時遭受雷擊時，集電III線A、C相過流I段保護同時啟動。

240ms，集電I線B相單相接地發展為BC相相間短路接地，母線電壓大幅下降。由于母線電壓過低，導致集電III線線路方向元件無法判斷方向，方向信號返回；

360ms，集電I線跳閘將集電I線故障點切除后，母線電壓升高，集電III線方向元件重新動作

560ms，主變后備保護動作，切除故障。未達到集電III線過流I段保護動作時限0.3s，集電III線314開關未動作。

8 結語

06月07日14時左右，風電場所在區域遭受極端強雷暴天氣，導致風電場3條集電線架空線路全部遭受雷擊，箱變高壓側電纜頭在制作工藝和質量上存在不足，造成電纜頭絕緣薄弱地方被擊穿，形成相間短路，導致集電I線跳閘；同時集電II、III線出現雷電拉弧短路接地故障，由于集電I線故障導致35kV母線電壓大幅下降接近于零，使集電II、III線過流I段方向判定元件失效，方向信號發生中斷。在切除集電I線后母線電壓升高，集電II、III線方向元件重新動作，在達到動作時限0.3s前，主變高壓后備過流I段1時限與主變低壓后備過流I段1時限保護同時動作，導致#1主變低壓側301開關跳閘[3]。

9 整改措施及建議

（1）更換集電I線#10風機箱變高壓室電纜頭。

（2）結合春檢預試做好電纜頭試驗，對有問題的及時進行更換。

（3）根據《并網風電場繼電保護配置及整定技術規范》（DL/T1631-2016）第6.2.3條：“過電流保護可不經方向控制，不經電壓閉鎖”。重新核定站內35kV集電線路定值，退出過流I段的方向元件判據。