风电场汇集线系统接地方式改造与零序CT的再选择

风电场汇集线系统接地方式改造与零序CT的再选择

韩德志

(河北大唐国际新能源有限公司河北省承德市06700)

摘要：根据电网反措要求，风电场汇集线系统发生接地故障时应快速跳闸，很多风电场因当初设计不能满足电网现时要求，面临系统接地方式改造，由于风电场建设时已设计零序CT，往往改造时忽略了零序CT的再选择。本文以本风电场改造为例，提出了在系统改造时零序CT再选择的建议。

关键词：风电场；零序CT；零序保护

1.引言

早期风电场的汇集线设计在系统接地方式选择上一般采用经消弧线圈接地、消弧柜接地、不接地、经小电阻接地几种方式，前三种接地方式同时配备小电流选线装置，当线路接地时不动作于跳闸，由小电流选线装置进行选线及人工判断进行手动切除故障线路，系统针对小电流选线装置而设计的馈线零序CT一般选择变比为40/1或50/1容量为1VA的外接零序CT，在系统接地方式改造为经小电阻接地时，对原馈线零序CT二次容量应进行重新核算，如果容量不足，应对CT进行更换，否则会导致系统发生单相接地时保护拒动，甚致事故扩大。

2.零序CT的伏安特性

我们知道电流互感器（本文电流互感器指外接零序CT，以下简称CT）的伏安性是指在电流互感器一次侧开路的情况下,电流互感器二次侧励磁电流与电流互感器二次侧所加电压的关系曲线，也就是铁芯的磁化曲线。

1）CT二次伏安特性是可以发现CT二次绕组匝间短路的有效方法，如CT二次绕组存在匝间短路，饱和始点电压将降低。

2）CT二次伏安特性是核算CT所能承受多大二次负载的必要条件，CT容量不足，所带二次负载将降低，且工作时更宜饱和。

3）CT铁芯的铁磁材料有饱和特性，在拐点以前，二次电压与励磁电流成线性关系，当一次电流较小时，一次绕组上的电压也较小，当一次电流骤增后，一次绕组电压也增大，铁芯磁通饱和，电流互感器不再工作于线性区，CT从拐点位置开始进入饱和状态，此时一次电流增大很大，磁通增量变化很小，也就是励磁电流需要增大很多，磁通才有小的变化，这时的励磁电流几乎全部转变为铁芯发热。

从理论上说，CT能传变电流，是因为一次电流在铁芯中产生了变化的磁通，进而在缠绕在同一铁芯上的二次绕组中产生感应电势E=U＝4.44f*N*B*S×10-8（f为交流电频率；N为二次绕组匝数；S为铁芯截面积，B为铁芯中的磁通密度），如二次绕组为闭路，则产生二次电流，当铁芯中的磁通密度达到饱和点后，B随励磁电流或是磁场强度的变化不明显。也就是说在N,S,f一定的情况下，二次感应电势基本不变，所以二次电流也将基本不变，因此CT一、二次电流的传变脱离线性区，二次电流不能真实反映一次电流的增大变化数值。

3.我场35kV系统的改造：

我风电场原35kV汇集线系统为经消弧柜接地，为满足电网要求提高系统稳定性，对我风电场35kV系统接地方式进行改造，改造方式为拆除消弧柜，在35kV母线上安装接地变串接小电阻，各汇集线路零序保护投入，以确保系统稳定并达到改造目的，从而满足电网要求。

针对系统接地方式改造，选择经接地变串接小电阻的方式保护正动率有大幅度提高，目前为最佳改造方案。对于此类改造特别须强调的一点，就是要对系统零序CT进行重新核算：我风电场原35kV系统线路零序CT变比为50/1，容量1VA，改造后的电阻柜接地电阻为115Ω，接地变零序阻抗239.5Ω，

经计算系统零序阻抗Z。=√（115*3）?+239.5?=420Ω，

忽略接地故障时系统容性电流，则系统发生接地时的零序电流为

I。=35*1000*3/√3/420≈144.3A

因线路综保装置一般装设于就地开关柜，CT二次负载一般为0.2-0.4Ω，我站零序CT实测二次负载约0.35Ω，如选择100/1的零序CT，按经计算的一次零序电流144.3A，则CT二次传变电流正常应为1.443A,则所选CT容量应为

S=VA=I?*Z=1.443?*0.35≈0.729VA

也就是说所选CT变比为100/1时容量不能小于0.729VA。

同样计算如选择200/1的零序CT，容量应不小于0.182VA，如选取50/1的CT，容量应不小于2.91VA。很明显，我场原来的零序CT需要更换，考虑各种因素，现场零序CT选择为变比100/1，精度10P10，容量2.5VA的零序CT进行改造。

4.案例一

本风电场线路零序保护于2013年10月份按电网节点投入后，35kV系统发生了一次线路接地故障，也正好检验了此保护动作的可靠性，2013年12月29日，2号风机线18号箱变35kV侧240mm?电缆上塔电缆头与铁塔回升压站主线B相连接铜鼻子断裂（铜铝过渡材质），由于断裂瞬间有大风和应力的存在，主线接头处瞬间与铁塔放电形成弧光接地，35kV2号风机线跳闸，查看保护为零序过流I段动作，动作电流1.43A，时间0.1S（现场综保整定值零序过流I段按2倍灵敏度计算Iz=144.3/(2*100)=0.7215，取0.72A，时间0.1S）。

如果用原来现场的CT（按变比50/1，容量1VA，二次回路阻抗0.35Ω），系统零序电流整定定值I段同样按2倍零敏度整定，计算定值为Iz=144.3/(2*50)=1.443A，当系统线路发生接地故障时，CT二次理想传变电流应输出2.886A，但由于容量限制，发生接地时CT迅速饱和，CT二次不能输出2.886A，按公式S=VA=I?*Z，即1=I?*0.35求得最大输出电流I只有1.69A，也就是说零序CT不能输出反应一次故障电流的二次电流，此时CT由于饱和磁通增加并转变大量热量使CT发热，考虑零序CT的误差等因素，因此系统发生接地时零序保护可能拒动。

5.结语

随着电网风电的发展和集电线路大量电缆的使用，加之风电场特殊的地理环境和系统发生接地时较大的容性电流影响，系统发生弧光接地导致事故扩大甚至影响电网的案例很多，因此，电网要求风电场发生接地故障后快速切除故障线路是非常必要的。而我们在系统接地方式改造时为了保证零序保护动作的可靠性，切记不能忽视零序CT的再选择。

参考文献

[1]《国家电网调〔2011〕974号(关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知)》.