集中式新能源电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法.pdf

:/集中式新能源电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法李毅 靳江江 张鹏 李春丽(西安益通热工技术服务有限责任公司 陕西 西安.华能新能源股份有限公司陕西分公司 陕西 西安.西安热工研究院有限公司 陕西 西安)摘 要:基于一起集中式新能源电站联络线单相接地典型故障 分析故障零序电流特性 提出小电阻接地电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法 联络线两侧电站均为小电阻接地的方式 联络线单相接地时零序差动阻性电流分量是一个恒定量 与联络线及两侧电站对地电容量无关 该方法提升了对电站联络线单相接地故障判别的准确性、灵敏性关键词:站间联络线 零序阻性电流差动 小电阻接地 新能源电站中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:(.):.:引言随着国家对新能源发电产业支持力度的不断加大 大型集中式新能源电站逐渐成为新能源发电产业的中坚力量 大型集中式新能源电站并网技术可行性已成为当下的研究重点集中式电站多以大、中型电站为主 中型新能源电站的接线方式一般是通过集电线路直接将逆变器和升压站的母线连接起来 并入电网 集中式新能源电站的接线方式多是建设多个开关站 经联络第 卷第 期 湖 南 电 力 年 月线汇集升压站并入电网 集中式新能源电站联络线单相接地保护是本文探讨的内容中性点经低电阻接地的系统发生单相接地故障 可以减缓故障相电压的恢复速度 有利于接地电弧的熄灭和降低接地电弧的过电压水平 因此新能源电站目前大多采用中性点经低电阻接地的方式 单相接地保护采用接地零序电流过流保护 集中式新能源电站由于电气一次系统复杂 存在电流级数多、动作时间长的缺点针对集中式新能源电站联络线单相接地典型故障的电流分析 本文参考了文献 的计算方法 文献 为风电、光伏设计规范 对风电、光伏电站的电气设计、过电压、接地方式、保护要求做了明确的规定 文献 介绍了低电阻接地系统的接地零序电流保护和线路差动保护但联络线的差动保护不包含单相接地故障 文献 分析了风电场电缆损坏的原因 快速有效切除故障 可以提高电缆运行的可靠性 文献 讲述了小电阻接地系统的电阻选择方法以及中性点接地方式对配电网可靠性的影响 文献 介绍波形识别的零序电流差动启动方法 文献 进行了电站电流特性与故障分析 提出了单相接地的单相接地故障辅助研判方法 集中式新能源电站联络线单相接地故障 本文所述的集中式新能源电站是一个风电、光伏组成的大型电站 风电场风机通过 汇集线接入 母线 升压变压器升压至 并入 电网 光伏电站通过 汇集线接入 母线 经联络线接入风电 母线 联络线使用 架空线路 两侧是电缆入站 光伏、风电 母线配置接地变压器 接地变变压器零序电抗 接地变压器中性点接地电阻 系统简图如图 所示 风电场和光伏电站均是 段 母线 无母联开关 图 只显示其中一段 图 中对电流互感器()按安装位置进行了编号电站运行过程中 风场和光伏联络线发生了单相接地故障 故障位置为风场出线的第一级杆塔利用故障录波器数据 统计故障期间各支路零序电流(以 角度为基准)见表 因接地故障时站用变压器、没有零序电流 在表 中不显示站用变压器和 支路图 新能源电站系统简图表 单相接地故障期间各支路电流安装位置及 编号零序电流/容性电流/阻性电流/风场侧联络线 光伏侧联络线 风场接地变压器引线 风场接地变压器中性点 风场集电 线 风场集电 线 风场集电 线 风场集电 线 光伏接地变压器引线 光伏接地变压器中性点 光伏集电 线 光伏集电 线 联络线区内单相接地时零序电流分布 在联络线单相接地时 零序容性电流如图 所示、零序阻性如图 所示 图 中将集电、线合并成 条支路 其容性电流用圈加箭头表示 集电、线合并成 条支路 容性电流用方框加箭头表示 联络线容性电流 用三角加箭头表示 图 中 表示风电场阻性电流 表示光伏电站阻性电流第 卷第 期 李毅等:集中式新能源电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法 年 月图 联络线单相接地零序容性电流示意图图 联络线单相接地零序阻性电流示意图图 中联络线电流互感器 处零序容性电流 为:()()计算值与 测量处 电容电流接近图 中 联络线电流互感器 处零序容性电流 为:()()计算值与 测量处 电容电流接近由式()、式()可知 联络线单相故障时 联络线 处容性电流等于风场的容性电流 处容性电流等于光伏电站的容性电流图 中 联络线电流互感器 处零序阻性电流 为:()联络线 处测量的电流值 与风场接地变零序阻性电流 几乎相等图 中 联络线电流互感器 处零序阻性电流 为:()联络线 处测量的电流 与风场接地变零序阻性电流 几乎相等由式()、式()可知 联络线单相故障时 联络线 处零序阻性电流等于风场的接地变压器零序阻性电流 处零序阻性电流等于光伏电站的接地变压器零序阻性电流 联络线区外单相接地时零序电流分布 在联络线区外风电场单相接地时 零序容性电流如图 所示 零序阻性电流如图 所示图 联络线区外风电场单相接地零序容性 电流示意图图 联络线区外风电场单相接地零序阻性 电流示意图图 中 在风电场发生单相接地时 联络线 容性电流等于下游(远离系统侧)容性电流 即 容性电流等于联络线电容电流与光伏电站电容电流的和 处容性电流等于光伏电站的容性电流同理 当 下游光伏电站发生单相接地时联络线 容性电流等于上游(靠近系统侧)容性电流 等于风电场电容电流 联络线 上游靠近容性电流 容性电流等于联络线电容电流与第 卷第 期 湖 南 电 力 年 月风电场电容电流的和图 中 在风电场发生单相接地时 联络线、处阻性电流均等于下游阻性电流 等于光伏电站接地变阻性电流 同理 在风电场发生单相接地时 联络线、处阻性电流等于下游阻性电流 等于风电场接地变阻性电流 联络线区内、区外单相接地零序差流分析 单相接地故障时联络线 与 零序差动电流 如下 区内故障:()()()区外故障:()通过电流分布可知 联络线区内单相接地故障时 零序差流 包含风电场、光伏电站接地阻性电流、容性电流 其中容性电流大小与系统的运行方式有关 是一个变化量 因此零序容性电流不适合作为差动量联络线区外单相接地故障时 联络线、零序容性电流不相等 差流不等于 影响保护差动性能 容性差流等于联络线对地电容电流容性差流的大小与联络线的长度、导线形式关系很大 因此零序容性电流不适合作为差动量单相接地故障时联络线 与 差动阻性电流 如下 区内故障:()区外故障:()式中 为零序电压与 处零序电流 的夹角 为零序电压与 处零序电流 的夹角联络线区内单相接地故障时 在联络线两侧接地变压器有效投入的情况下 零序阻性电流分量差等于两侧电站接地电阻电流的和 见式()是一个较为恒定的量 适合作为差动量 同时 联络线区外单相接地故障时、零序阻性电流相等 差流始终为 零序阻性电流适合作为差动量综上所述 联络线零序阻性电流差动适合作为集中式新能源电站联络线单相接地的保护 大型集中式新能源电站单相接地保护改进 /电网继电保护装置运行整定规程 规定 对于采用小电阻接地的新能源电站 集电线配置反应单相接地短路的两段式零序电流保护 跳闸动作 接地变压器配置两段式零序电流保护作为接地变压器单相接地故障的主保护和系统各元件单相接地故障的总后备保护 如果在大型集中式新能源电站配置接地保护 保护的时间配合复杂在本文的案例中 集电线 的零序段、零序段时间为跳开本集电线支路动作 、光伏电站接地变压器零序段、零序段光伏电站母线所连元件全停动作时间为 、联络线风电场侧开关零序段、零序段跳联络线风电场侧开关动作时间为 、风电场接地变压器零序段、零序段风电场母线所连元件全停动作时间为 、零序保护时间见表 表 零序保护延时表序号保护名称动作状态延时/集电线 的零序段跳开保护动作集电线 集电线 的零序段跳开保护动作集电线 光伏电站接地变压器零序段光伏电站母线所连元件全停 光伏电站接地变压器零序段光伏电站母线所连元件全停 联络线风电场侧零序段跳联络线风电场侧开关 联络线风电场侧零序段跳联络线风电场侧开关 风电场接地变压器零序段风电场母线所连元件全停 风电场接地变压器零序风电场母线所连元件全停 若发生联络线单相接地故障 切除联络线需要 后备时间需要 单相接地故障由于持续时间较长 对全站电缆及其他设备绝缘造成威胁 联络线零序阻性电流差动作为集中式新能源电站联络线单相接地的保护 差动保护动作时间可以采用瞬时或短时限出口 联络线两侧开关动作 缩短故障时间 且不需要与零序电流过流保护配合符合保护动作瞬时性原则第 卷第 期 李毅等:集中式新能源电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法 年 月在故障实际动作过程中 光伏电站接地变压器零序段动作后 光伏电站母线所连元件全停 接地点的接地电流发生 个周波暂时息弧 联络线风电场侧开关零序段、零序段复归 风电场接地变零序段动作 保护越级 造成风电场全停 联络线零序阻性电流差动作为集中式新能源电站联络线单相接地的保护 可以避免越级故障的发生 接地保护可靠性、灵敏性、选择性等性能增强采用联络线零序阻性电流差动作为集中式新能源电站联络线单相接地的保护 大型集中新能源电站接地保护等到简化 表 中的、时间取消由 时段改为 时段 作为全站接地故障总后备的风电场接地变压器 其零序段、零序段时间由 、缩短至 、简化了接地保护时间配合级数 缩短了保护动作时间 定值分析及适用范围零序差动保护中的报警定值 按躲过三相电压不平衡、三相对地对地电容不平衡、两侧电流互感器误差而产生的不平衡电流 躲过变压器启动不平衡电流可取 ()()差动保护中的启动定值取 ()()斜率取 保证一定的灵敏度 制动电流取、中的大值 同时 可配置零序电压辅助判据 零序电压大于 为金属性接地零序二次电压 取 如果只投单侧接地变压器 报警值选用 投用侧接地变阻性零序电流启动电流、斜率、制动电流同上联络线零序阻性电流差动 适用于小电阻接地集中式新能源电站联络线 也适用于小电阻接地供电网络的站间联络线 结语通过一个大型新能源电站站间联络线单相接地典型故障 分析故障零序电流在电站各个节点的特性 提出小电阻接地电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法 简化了接地保护的时间配合 增强了接地保护可靠性、灵敏性参考文献 秦光培.单相对地短路时电网中零序功率的探讨.昆明理工大学学报 ():.李佑光、林东.电力系统继电保护原理及新技术.北京:科学出版社.易洋 骆雅姿 张子瑜 等.集中式光伏电站汇集系统故障分析与保护方案.电力工程技术 ():.贾科 顾晨杰 毕天姝 等.大型光伏电站汇集系统的故障特性及其线路保护.电工技术学报 ():.中国电力企业联合会.风力发电场设计规范:.北京:中国计划出版社.中国电力企业联合会.光伏发电站设计规范:.北京:中国计划出版社.中国电力企业联合会.电网继电保护装置运行整定规 程:/.北 京:中 国 电 力 出 版社.中国电力企业联合会.并网风电场继电保护配置及整定技术规范:/.北京:中国电力出版社.尹超勇 徐浩 许立强 等.一起线路高阻接地故障引起的主变越级跳闸事故分析.湖南电力 ():.万代 齐飞 周恒逸 等.一起 电力电缆群集中烧损典型故障分析.湖南电力 ():.丁寿江 赵雪松.干式接地变压器短路事故分析.变 压器 ():.刘宏伟 朱东坡 刘捷 等.配电网中性点经小电阻接地方式下的小电阻选取.电网与清洁能源 ():.董雷 何林 蒲天骄.中性点接地方式对配电网可靠性的影响.电力系统保护与控制 ():.石吉银 邓超平 范桂有 等.基于双端电流波形相关度识别的线路零序差动保护启动元件.电力系统保护与控制 ():.孔祥平 张哲 尹项根 等.含逆变型分布式电源的电网故障电流特性与故障分析方法研究.中国电机工程学报 ():.罗雪莲 陈成功 刘志豪 等.基于配电自动化系统的配网单相接地故障辅助研判方法.湖南电力 ():.作者简介李毅()男 通信作者 从事发电厂电气启调试工作靳江江()男 硕士 从事新能源电站技术及管理工作第 卷第 期 湖 南 电 力 年 月