新能源电站接地变压器零序保护配置分析与探讨

新能源电站接地变压器零序保护配置分析与探讨

李润良

中国广核新能源控股有限公司，北京 100070

摘要：在风电场或光伏电站中，中压系统采用经接地变和小电阻的方式进行接地，可以投入零序接地保护快速切除接地故障。然而此种设计，零序保护CT的位置对系统零序保护的影响很大。本文针对现场遇到的问题结合相关规程规范进行分析和探讨，并提出了自己的设想，对新能源场站的接地变的继电保护的设计及运行维护具有指导意义。

关键词：接地变压器、零序CT位置、零序接地保护

一、新能源电站系统概述

随着新能源电站规模越来越大，集电线路距离也越来越长，随之对地电容电流也越来越大（超过10A），发生接地故障后，接地电弧难以熄灭，可能产生弧光过电压，危及电网的安全运行。为了防止上述事故的发生，需投入零序接地保护，来快速切除接地故障。为此中压系统需连接一个接地变压器建立一个中性点，然后经过一个小电阻接地，既能为零序接地保护提供足够的零序电流使保护可靠动作，又限制了零序电流的幅值，保护了电力设备的安全。

二、接地变工作原理及特性

接地变压器对正序负序电流呈高阻抗，对零序电流呈现低阻抗，在电网发生接地故障时，短时通过故障电流。接地变压器原理如图1所示。

图1 Z形接地变压器工作原理

当系统正常运行时，没有电流流过接地变及接地电阻；当系统发生接地故障后，接地变及接地电阻为零序电流提供环路。零序电流由接地故障相流入大地，经中性点接地电阻和接地变返回系统，形成回路，零序电流在系统中的流动方向如图2所示。

图2 接地故障电流流向图

下图为某光伏电站发生集电线路接地后的故障录波波形图，由此可看到流经接地变每相的故障电流幅值相等、相位相同，幅值为接地零序电流的1/3。

图3 接地变零序电流流向及波形图

三、接地变零序互感器位置对零序保护范围影响的分析与探讨

某风电场发生接地变电缆终端击穿接地故障后，接地变零序过流保护未动作，故障持续存在,最终发展成相间短路，由过流II段切除，电阻因常时间过热造成损坏。经分析故障原因为零序电流互感器选择位置错误导致。

《DL/T 1631-2016并网风电场继电保护配置及整定技术规范》和《GB/T 32900—2016光伏发电站继电保护技术规范》，条款要求接地变的“零序电流保护的零序电流应取自接地变压器中性点零序CT。”

为什么必须选择中性点回路的零序电流互感器而不能选择开关柜中的零序电流互感器呢？下面我们来分析下。当集电线路或母线发生接地后，电流流向如图2所示，零序电流流过小电阻中性点零序CT和开关柜零序CT。

中性点零序CT和开关柜零序CT流过的电流幅值是相同的。

但当接地变间隔发生接地故障后，故障电流如图4所示。我们以电缆C相发生接地为例。零序接地电流流过中性点电阻，经接地变非故障相A相和B相流过开关柜零序CT流入系统，经系统后从故障相C相经过开关柜零序CT和从接地变C相的零序接地电流汇合后，流向故障点，形成故障电流回路。这时，流过中性点零序CT的电流为接地故障电流，而流过接地变开关柜零序CT的零序电流为零。也就是说当接地变间隔发生接地故障后，如果选择接地变开关柜的零序CT则存在保护死区，保护拒动。因此规范要求必须选用中性点零序CT。

图4 接地变间隔故障零序电流流向图

四、关于接地变保护的思考与探讨

由上图分析可知，当接地变零序保护选择中性点零序CT时，系统任何一点发生故障，都能起到保护作用。而选择开关柜零序CT时，当开关柜和接地变之间电缆发生接地故障则存在保护死区。故接地变零序保护需要增加延时，来实现零序接地故障的选择性。但是当接地变电缆或变压器本体发生接地故障时，需延时切除，可能造成较为严重的后果。为了实现快速切除故障，我们需要对接地变的零序接地保护逻辑进行分析优化。

通过分析，总结规律如下：

通过上述分析，我们可以将开关柜零序CT电流和中性点零序CT电流全部引入接地变保护装置。当开关柜零序CT无电流，中性点零序CT有电流，判断为电缆或本体接地，快速跳闸。当开关柜零序CT有电流，中性点零序CT也有电流，判断为除接地变间隔的系统其他设备故障，延时实现选择性跳闸。当开关柜零序CT有电流，中性点零序CT无电流，判断为保护系统故障，保护装置告警。

新型接地变零序保护装置采样开关柜零序CT电流和中性点电阻电流，经下列逻辑判断跳闸。

此零序保护逻辑能快速区分是系统接地故障还是接地变间隔接地故障能，以更快的时间切除故障，保护受损设备，保障电力系统安全。

图5 接地变压器零序接地保护逻辑图

五、结语

本文结合新能源电站继电保护相关规范，就接地变零序保护提出了自己的设想，解决了接地变压器电缆或本体接地故障不能快速切除的问题。为新能源电站的设计和运行维护提供了很好的学习案例。

参考文献

[1]李润良.新能源电站汇集线接地故障常见二次问题分析与探讨.电工技术，2019-15.

[2]李润良.基于MATLAB的新能源电站小电流接地系统故障仿真分析.科学技术创新，2019-27.

作者简介：姓名：李润良；性别：男；出生年月:1981年6月；籍贯：天津； 学历：本科；职称：高级工程师； 研究方向：新能源发电、电力系统继电保护及自动化