浅谈对风电场35kV线路故障特点及分析

　　目前各风电场主要集电线路为10或35kV电压等级，设计运行方式为中性点不接地系统，也称为“小电流接地系统”。 在小电流接地系统中单相接地故障是最常见的，约占配电网故障的80%以上。

　　1.中性点不接地系统正常运行的电容电流分布

　　中性点不接地系统正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。由于任意两个导体之间隔以绝缘介质时，就形成电容，所以三相交流电力系统中相与相之间及相与地之间都存在着一定的电容。为了研究问题简化起见，假设所示的三相电压及线路参数都是对称的，而且把地之间的分布电容都用集中电容C来表示，相间电容对所讨论的问题无影响而予以略去。

　　系统正常运行时，三相电压UA、UB、UC是对称的,三相的对地电容电流ic0也是平衡的。所以三相的电容电流相量和等于0，没有电流在地中流动。每个相对地电压就等于相电压。

　　2.单相接地故障

　　当系统出现单相接地故障时(假设A相接地) 。则A相对地电压为0,而B相对地电压U’B=UB+(-UA)=UBA，而C相相对地电压U’C=UC+(-UA)=UCA。由此可见，A相接地时，不接地的B、C两相对地电压由原来的相电压升高到线电压(即升高到原来对地电压的 倍)。A相接地时，系统接地电流(电容电流)IA应为B、C两相对地电容电流之和，一相接地的电容电流为正常运行时每相电容电流的三倍。

　　必须指出，当中性点不接地的系统中发生单相接地时，三相用电设备的正常工作并未受到影响，因为线路的线电压无论是相位还是量值均未发生变化，按我国规程规定：中性点不接地电力系统发生单相接地故障时，允许暂时运行2小时。

　　3.风电场出现集电线路故障

　　集电线路的接线方式：风电场集电线路接线可以用架空线方式连接,也可以用电缆方式连接,或者采用电缆架空线混合方式连接。风电场集电线路普通情况多为混合方式,即风力发电机与升压箱变之间、升压箱变与输电主干线之间选用电缆方式,输电主干线多以架空线方式为主。但若风电场处于海滨等环境保护、旅游区域时,不允许采用架空线方式,则只能采用全线电缆方式。集电线路的环接方式也分为二种:一种是利用升压箱变高压侧的铜板母线进行环接;另一种是采用“T”接方式,每台风机均用“T”接接头接入主线路。

　　目前风电场集电线路出现故障较多的是单相接地故障，主要原因是35kV高压电缆头单相故障。风电场高压电缆头由于设计、施工工艺、设备质量等多方面原因，导致单相故障。单相故障发生后处理不及时很快转换为相间或三相故障，直接作用保护跳闸，于此同时影响风机停运或影响周围多个风电场停运。

　　结合长岭王子风电场分析如下：

　　长岭王子风电场2012年3月3日20时32分55秒二期35kV201线路(风机35202开关)、35kV203线路(风机35204开关)跳闸，根据录播、继电保护动作、监控及现场检查情况分析结果如下：

　　3.1保护装置动作值：

　　35kV201线路：过流Ⅰ段 Imax=6.046A 距离Ⅰ段 Z=4.333+j8.317 测距 L=18.48km

　　35kV203线路：距离Ⅰ段 Z=4.558+j8.237 测距L=18.38km ABC

　　过流Ⅰ段 Imax=5.645A

　　保护定值：过流Ⅰ段 I=3A，距离Ⅰ段电抗为36Ω

　　3.2现场检查结果：

　　G127-11风机箱变内高压侧C相避雷器击穿接地

　　G324-26风机35kV高压电缆箱变侧电缆终端A、B相击穿接地

　　G421-16风机箱变内高压侧C相避雷器击穿接地

　　3.3分析结果：

　　因长岭王子风电场35kV系统属于小电流接地系统，没有单相接地保护，所以2012年3月3日20时16分20秒二期35kV201线路G127-11风机箱变内高压侧C相避雷器击穿接地后，造成A、B相相电压升高为线电压，在此电压作用下，3月3日20时32分55秒将35kV203线路G324-26风机35kV高压电缆箱变侧电缆终端A、B相击穿接地，由此造成A、B、C三相接地短路，35kV201线路、35kV203线路保护距离、过流Ⅰ段动作跳闸，跳闸后瞬间电压升高后，造成G421-16风机箱变内高压侧C相避雷器击穿接地。

　　20时50分申请调度拉开35kV202线路，21时0分申请调度拉开35kV204线路，电压恢复正常。

　　3.4处理方案

　　避雷器全部试验，不合格更换

　　更换损坏电缆头，更换损坏避雷器

　　3.5更换后，申请调度恢复送电，设备及电压等均正常。

　　另外，有时由于中性点不接地系统的线路发生单相接地或单相接地消失的瞬间，经常造成电压互感器一次侧熔断件熔断。或者是在进行正常的倒闸操作中，通过投入空载母线时，往往发现母线电压指示不正常或出现接地信号，但却没有发生明显的接地迹象,主要是由于电压互感器的铁磁谐振造成的。在中性点不接地系统中，虽然电源侧的中性点不直接接地，但电压互感器的高压侧中性点是接地的，若Ca，Cb，Cc为各回线路(包括电缆出线和架空线路)三相对地的等值电容，而La，Lb，Lc则为母线电压互感器的一次侧三个线圈的对地阻抗(忽略其线圈电阻)，假设系统发生单相接地，此时电压互感器的铁心线圈相当于与电容器并联，构成了可能产生谐振的并联电路，由于相对地电压升高 倍，有可能使得电压互感器的铁心出现饱和或接近饱和，阻抗变小，电路中出现容抗和阻抗相等的情况，从而产生了并联谐振，此时互感器一次侧的电流最大，这样有可能使电压互感器的高压侧熔断件熔断，或者烧坏电压互感器。此种情况往往在变电所投产初期(线路出线回路少)不是很明显，但随着线路出线回路的增多(各回线路对地的等值电容量增大，容抗增大)出现谐振的情况较多。目前使用的消谐装置是在电压互感器的一次侧中性点上串接LXQ型非线性电阻，以限制其产生谐振的方法，由于该方法具有安装简便、结构简单、消谐效果明显的特点，目前得到广泛的应用，具有较高的推广使用价值。

　　4.结语

　　根据目前电网及各风电场情况，制定相应的整改措施，防止由于35kV线路故障影响风电场及电网的安全运行，如风电场的涉网保护、风电机组的低电压穿越能力、风电场的动态无功补偿及35kV或10kV小电流接地系统的集电线路单相故障的快速切除，避免事故扩大，使风电能够更加成熟，为社会送去更多绿色环保的新能源。