风电场小电流选线系统研究

风电场小电流选线系统研究

刘方明

大唐山东电力检修运营有限公司 山东青岛   266500

摘要：在对风电场小电流选线系统进行分析过程中，需要根据风电场存在的脱网事故研究风电场汇集系统在接线方式以及单向接地故障中存在的具体问题。除此之外，要对小电流接地选线等相关原理和流程特点进行分析，在掌握主要接线方法的具体情况后，根据风电场小电流选线系统的具体应用要求，明确小电流选线装置的应用要点。

关键词：风电场；小电流选线系统；故障分析；选线装置

前言：

在我国风电场发展过程中汇集了系统单向故障、快速切除等各种问题，尤其是在一些风电场建立过程中出现了几次脱网事故。对这些风电脱网事故的发生原因进行分析，主要是以风电场电缆头单相击穿为主。在应用过程中缺乏快速切除单相故障的相关技术，这些故障隐患在短时间内会出现相间短路，导致电压跌落，进而导致风电机组无法具备优越的低电压穿越能力，出现大规模脱网问题。因此，需要根据风电场的具体发展情况加强小电流选线系统深入研究，并开展有效的风电场运行维护工作。

1风电场的接地方式分析

风电场的升压变低压侧为汇集系统，电压等级可以达到35kV，汇集母线一般是利用单母线或者单母分段接线，站用变以及风电机组、无功补偿装置线路等都需要利用断路器在汇集母线上并联。升压变低压侧、站用变以及风机箱变高压侧以三角形接线为主。在整个汇集系统应用过程中，其运行方式为中性点不接地运行，也就是小电流接地系统。不同风电场汇集系统一般都会利用中性点接地方式，同步配置消弧柜进行运行。消弧柜主要作用是风电场在出现单向接地故障时能够快速投入，确保抵消掉容性电流，实现快速熄弧，并可以对非金属性的接地故障形成的弧光接地过电压的消除[1]。但是目前对具体的应用情况进行分析，在风电场事故中，消弧柜并不能充分发挥作用。消弧柜甚至会出现判相错误直接影响系统的安全性和稳定性，导致系统出现相间故障事故，事故范围扩大。并且消弧柜退出时系统在对地电容储存过程中，电荷值可以利用母线进行泄放可能会引发母线铁磁谐振。

2风电场小电流故障选线原理与流程

2.1单相接地故障的具体情况

在分析风电场小电流故障选线原理和流程时，需要明确单相接地故障的实际特点。其主要特点如下：

（1）在风电场出现单相接地故障时，系统不同部分的故障相对地电压均为零，中性点对地电压值主要为相电压，而非故障相对地电压会升高到线电压。在电网中出现连续电压大小与系统正常工作时的线电压相同。

（2）在单相接地故障发生后，出现故障的线路以及非故障线路都会出现连续电流，并且非故障线路的零线连续电流与该线路在运行过程中非故障相的对地电容电流相同，电容性无功功率的方向为母线朝着线路。在对故障线路零序电流大小进行分析时，其与所有非故障线路的零序电流之和相同，电容线无功功率方向为线路朝着母线。

（3）非故障线路的零序电流的超前连续电压达到90°，而故障线路的零序电流滞后零序电压为90°。在对故障线路的零序电流以及非故障线路零序电流方向进行分析时，两者完全相反，相位相差达到180°。

（4）接地故障部位的电流大小与所有线路非故障相的对地电容电流总和相同，超前连续电压为90°。

2.2小电流故障选线原理

在对风电场小电流故障选项原理进行分析时，主要从稳态性、暂态性、注入法、综合法不同角度出发进行研究。

（1）稳态法。一旦出现单向接地故障，故障线路的连续电流是全汇集系统非故障元件对地电容电流的总和，数值较大，容性无功功率会从线路朝着母线流向。零序电压超前连续电流达到90°，在对故障问题进行分析时，需要对不同线路零序电流的比幅比相分析，断故障线路。

（2）暂态法。在小电流接地系统出现单向接地故障问题时，出现暂态过程，电气量中有丰富的高频分量，特别是5次谐波分量、7次谐波分量比较多。可以形成以暂态零序电流为核心的暂态法，明确故障线路。

（3）注入法。利用电压互感器二次测向接地相中注入特殊的信号电流，这一电流与电压互感器一次侧耦合后可以沿着接地线路的接地线流动。同时会经过接地点入地与大地形成电流回路，可以对接地故障线路进行科学判断[2]。

（4）综合法。在该方法应用过程中，需要综合考虑稳态法、暂态法以及注入法的应用优势，对不同方法进行综合应用完成选线工作。在实际应用中可以利用各种方法获取接地概率并进行加权处理，根据处理结果对权限结果进行综合判断。

2.3电气量采集以及选线流程

在风电场小电流选线故障中，对零序电压量进行分析时，需要从母线开口的三角绕组完成测量工作。在线路正常运行过程中还要考虑三相电压不平衡，电压一般在5V以下，但是如果出现单向接地故障，电压会达到30V~100V，可以启动选线程序。零序电流量主要是由穿过各级电线路开关柜的电缆头零序进行测量的。在线路故障过程中，各线路零序电流的波形都能够被有效测量。选线装置可以利用返回系数达到闭锁跳闸。返回系数主要指的是在装置试运行过程中实时采集到的零序电压以及触发装置动作的零序电压门槛值之间的百分比。在返回系数比设定值更低时，可以停止计算选线以及跳闸。根据风电场脱网事故的具体整改要求，在出现单相故障之后，可以先选跳1~2组集电线路，如果仍然存在故障，可以先选跳升压变低压侧开关，之后切除故障，单向故障切除必须在2秒之内完成。

3风电场小电流选线装置应用

需要对小电流选线装置的实际应用情况进行分析。在某风电场升压站小电流接地选线装置应用过程中，需要对零序电流比幅比相进行分析，汇集系统单相故障在2秒内需要分别选2组集电线路，如果仍然没有消除故障，需要选跳母线。除此之外，在桥西变过程中需要以分布式终端为主完成选线装置处理器设置，将其设置在每一个集电线路的开关就地，可以防止二次通信线过程产生信号衰减问题，同时能够有效降低二次回路产生的负面干扰[3]。

在小电流选线装置应用后，某风电场的单向故障录取了升压变高压、低压侧三相电压的曲线，可以确定单项故障被正确切除，且主网电压并未受到负面影响。因为小电流接地选线装置在跳闸应用方面的经验相对较少，再加上后期运行维护经验不足，在运行一段时间后出现了一些问题。单向故障发生为15次，每次单向故障转化相间故障的时间都比较短，未达到小电流装置动作延时有三2次，正确选线6次，非正确选线动作为7次。其中非正确动作的原因主要是装置逻辑不合理，并且在装置设置过程中本体存在故障，在运行维护过程中工作人员出现问误碰情况。因此，需要对选线逻辑进行完善，并且要加强在装置运行过程中的管理和监督工作。

结束语：

综上所述，在风电场小电流选线系统研究和应用过程中，需要根据风电场的单向接地故障情况对小电流选线装置进行科学选择，明确小电流选线系统的应用原理和流程。除此之外，还要加强对小电流选线装置的调试、维护以及运行管理工作。升压站、运行工作人员以及风电场技术人员都必须进行全程监督和管理，在二次回路作业中还要制定防误碰、误接线等各种机制，加强在风电场小电流选线系统中的工作记录和试验报告管理，确保风电场小电流选线装置能够正常运行，提高风电场的运行稳定性和安全性。

参考文献：

[1]赵鑫鑫,王乐缘.小电流接地系统故障选线与定位方法研究[J].2020.

[2]俞小勇.小电流接地故障无功功率分析及选线新方法[J].电力系统保护与控制.2017,(14).51-56.

[3]陈小青.小电流接地系统配电网故障选线方法的研究[D].重庆理工大学,2020.