某风电场主变跳闸处理分析

某风电场主变跳闸处理分析

刘振宇，陈辉，张艳锋，郭玉龙

(华润电力北方大区，山西太原030000)

摘要：风电场多建设在偏僻的山区，地形复杂、交通不便，风电场人员配置较少，员工工作经验少，继电保护人员更少, 当风电场出现故障继电保护动作后，由于现场工作人员工作经验较为缺乏，查找故障原因处理故障需要花费大量时间，导致 发电量损失较多。文章以某风电场一次故障跳闸实例，通过分析保护装置的动作报文和故障录波波形，指导现场运营人员快 速找到故障点。

关键词：故障录波；保护装置；主变；跳闸中图分类号：TM407

文献标识码：A

文章编号：1671-0711 ( 2017) 09 (上）-0203-03

某风电场安装66台单机容量为1500kW风力发电 机机组，风电场装机总容量为99MW。风力发电机组通 过箱式变升压后，由5条35kV场内集电线路输送到升 压站内，风电场升压站安装1台100000KVA(110/35kV) 变压器，110kV系统采采用“线路-变压器组”接线 方式，采用户外敞开式（GIS)布置，包括1个进线间隔、 1组母线PT、1个主变出线间隔。

对称故障相继速动保护、低压减载等保护。1#主变采

用深瑞生产的双套电气量保护（型号为：PRS -778 ) 和一套非电量保护（型号为：ISA-361A)，主要配置 有差动保护、重瓦斯保护、主变高压侧后备保护和主变 低压侧后备保护。35kV集电线路保护采用深圳南瑞科 技有限公司生产的ISA-367G保护装置，主要配置有： 限时过流速断保护、定时限过电流保护、零序I段过流 和零序II段过流保护。35kV电容器组配置一套深圳南 瑞ISA-359G电容器保护装置，保护配置二段式过流、 过电压、接地、不平衡电压和零序差压等保护。35kV

SVG配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保护装置，保

1风电场保护配置情况

该风电场110kV线路主保护采用深圳南瑞ISA-

311GA/B输电线路成套保护装置，保护包括四段相间 距离、三段接地距离、零序电流保护、弱馈线保护、不

护配置非电量保护、过流保护等保护。35kV SVG连接 变压器保护配有一套深圳南瑞ISA-381G SVG保护装

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72小时试运行，及30天考核期， 考核期间要做好相关性能参数的 记录，检测水轮发电机组安装的质量。

载至25甩负荷、负荷加载至50%、甩负荷加载至75% 甩负荷、负荷加载至100°%甩负荷。

(11)带负荷调试器系统试验及72小时考核。试 验目的机组在带负荷情况下，根据现场情况增加或减少 机组负荷，通过对机组所带负荷扰动后的调节过程的观 察和分析，找出可能达到的最佳调节过程，从而选择在 带负荷时的最佳调节参数，以满足在带负荷过程中， 对调速系统速动性和稳定性的要求。之后停机检查进行

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1 2 3

电流对额定电流百分比（》>

4 5 6 7 8 9 10 11 12

3结语

在调试运行过程中，要根据

图3 短路升流曲线图

水轮机组的类型，选择最优的机

组调试方案调试，保证安全有效。本文使用湘航枢纽工 程的调试图片。参考文献：

[1] 程志刚.新编电气工程手册，安徽文化音像出版社，2003.[2] 张勇传.水电站运行原理。北京：中国水利水电出版社，

1998.

[3] 张勇传.水系统最控制.武汉：华中理工大学出版社，1993.

中国设备工程2017.09 (上）203

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置，保护配置非电量保护、过流保护等保护。35kV场 用变配备有一套深圳南瑞ISA-381G线路保护测控装 置，保护配置非电量保护、三段过流、过负荷等保护。

集电I线：ISA-367G保护装置，保护CT变比： 600/1，零序CT：75A，主要投入的保护定值为：

限时速断电流定值1.6A，延时：0.15s；定时限过 流保护定值0.9A,延时：1s。

零序I段保护定值0.6A，延时：1s；零序II段过 流定值：0.5A，延时：1.3s(以上保护全部跳集电I线 311开关）。

1#主变采用深圳南瑞有限公司生产的PRS-778, 主变容量：100MVA。

主保护：CT 变比：110kV 侧=600/1，（5P40) 35kV 侧=2400/1(5P30)

差动速断电流：2.4A;比率差动启动电流：0.4A， 比率差动制动系数：0.5;本体重瓦斯：1米/秒；以上 保护全部跳主变高压侧101开关，主变低压侧301开关；

本体轻瓦斯告警：A=300cm3, t=9s;压力释放告警：

t=9s;油面温度高告警：t=9s。

低压侧：70V，负序电压：7V。

2故障前的运行方式

2014年5月17日，雷雨天气。110kV#1主变运行、

35kV集电I线311开关运行、35kV集电II线312开关 运行、35kV集电III线313开关运行、35kV集电IV线 314开关运行、35kV集电V线315开关运行、35kV#1 站用变317开关运行、35kV#1接地变321开关运行、 35kV#1SVG318开关运行、10kV0#站用变热备用、35kV #1FC319开关检修、35kV#2SVG320开关检修；全场风机 运行正常，平均风速8.7m/s，负荷4.9万kWh。

3事件经过

16时32分53秒490毫秒：监控后台报“35kV集

电I线311开关限时电流速断保护动作”，监控后台指 示311开关状态在合闸位；

16时32分53秒903毫秒：1#主变保护A\\B柜过 流I段2时限保护动作；

16时32分53秒943毫秒：1#主变低压侧301开关跳闸；

16时32分55秒473毫秒：1#主变保护A\\B柜差动速断保护动作，主变高压侧101开关跳闸，全场失电。

1#主变低压测后备保护：CT变比：35kV侧 =2400/1(5P30)。

过流I段2时限（不经低压侧复合电压闭锁）： 1A，延时0.3s，跳高低压侧；过流I段3时限（不经低 压侧复合电压闭锁）：1A,0.6s，跳高低压侧；过流II 段2时限（经低压侧复合电压闭锁）：0.84A，1.2s，跳 低压侧开关;过流II段3时限(经低压侧复合电压闭锁） 0.84A，1.5s，跳主变高低压侧开关。（低压侧：70V， 负序电压：7V)。

1#主变高压侧后备保护：CT变比：110kV侧 =600A,(5P40) 35kV 侧=2400A(5P30)。

过流I段2时限（经复压闭锁）：1.13A，1.8s， 跳高压侧；过流II段1时限（经复压闭锁）：1.13A， 2.1s跳主变高低压侧；复压闭锁取主变高低压侧电压，

4结合故障录波图和保护装置的动作情况进行

分析

第一阶段：集电I线限时电流速断保护动作，311 开关未跳闸。（录波图从0 ~ 150ms)：

从故障录波图分析：16时32分53秒752ms时， 集电I线三相短路电流达到限时电流速断启动值1.6A， 实际值7.2A (现场整定值1.6A，延时0.15s误差

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中国设备工程2017.09 (上）

0.01ms变比：600A)保护启动，延时159ms时，集电I线限时电流速断保护动作，装置出口，但开关未跳 闸，需分析开关不动作原因。

集电I线故障原因分析：从集电I线故障录波图 向量分析可以看出，集电I线三相电流大小相等，相 位相差120°，三相电压大小相等，无零序电压和零 序电流，判断集电I线发生三相短路，由于雷雨天气， 且故障时风速不大，初步判断：集电线路三相遭受雷 击后三相短路。

第二阶段：集电I线311开关未跳闸后，主变低压 侧后备保护过流I段2时限动作，主变低压侧301开关 跳闸。保护动作分析（录波图从150 ~ 366ms)：集电I线保护启动同时，主变低压侧后备过流I段 2时限达到启动值（过流一段2时限定值：1A，0.3s， 变比2400A，跳主变低压侧301开关），从故障录波 和主变保护装置动作情况分析，可以看出主变故障录 波在启动后298ms时动作，301开关自身动作时间为 50ms左右，在故障发生366ms时，301开关跳闸，集 电I线三相短路电流降低，110kV电压恢复正常，电流 减少为变压器空载励磁电流。

第三阶段：从故障录波366 ~ 622ms,由集电I线 电流波形可以看出在366ms时刻，集电I线的三相电 流基本对称，最大值1.9A，此时301开关已经跳闸， 35KV系统已经与电力系统分开运行，风机继续向故障 点提供短路电流，（风机具有低电压穿越能力，风力 发电机在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行 620ms的低电压穿越能力，风电场电压在发生跌落后2s 内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并 网运行），随着风机自身不足以提供足够的短路电流后， 电弧熄灭。

第四阶段：从故障录波622 ~ 900ms，在集电I线 电弧熄灭后，故障消除后，由于风机的低电压穿越能力， 电压开始恢复，但由于每台风机都经箱变变压后汇入集 电线路，在变压器的恢复性涌流的作用下，35kV的电 压高于正常的1.2倍，35kV电压和各集电线路的电流 含有大量的非周期分量。

第五阶段：在1876 ~ 1939ms期间，110kV侧电流由变压器空载励磁电流突变为2.8A左右，而后101 开关跳闸，主变保护装置报主变差动保护动作（主变差 动速断定值：2.4A)，保护动作正确，现场查看非电量 保护未动作。

第六阶段：从1900ms至2495ms，从录波图中可 以看出，在1900ms时刻，35kV三相电压同时升高，判 断为35kV集电III线某处遭受雷击，而后35kV出现零 序电压，集电III线出现零序电流，35kVB相电压降低 为B相电流增大，在2055ms时刻C相电流增大，C相 电压降低（C相电压降低幅度较B相小），从波形图分 析可以得出，在1900ms时刻，集电III线某处遭受雷击

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后，B相先产生接地短路，而后发展为BC相接地短路， 如图1。

第七阶段：从2495ms至最后，由波形图可以看出， 在2495ms之后，35kV电压降低为4V左右，而电流维 持一段时间后慢慢衰减至0。分析为：在2495ms，风 电场1#SVG跳闸，不足以提供足够的无功维持电压， 随着风机的全部脱网，电流消失。

综合故障录波分析，得出初步判断如下。(1)

集电I线发生三相短路，需要查找故障点，

可能原因为：绝缘子遭受雷击三相短路或为三相绝缘 子质量问题，引起的三相弧光短路也可能是绝缘子闪 络引起的三相短路。由于故障时刻前后未发现明显过 电压，初步分析为绝缘子击穿引起三相短路。重点安 排人员查看线路绝缘子。同时要组织人员分析311保 护不动作原因。

(2) 1#主变差动保护原因分析：结合主变非电量 保护未动作的信息，分析认为差动保护区内部主变范围 外设备发生短路，可能为主变低压侧封闭母线AB相间 短路。重点安排人员检查主变低压侧封闭母线。

(3) 集电III线出现B相电压降低，后续C相电 压也降低，同时出现了零序电压。因此分析认为，集电 III线B相和C相发生了接地短路现象。可能为电缆头 故障，重点安排人员检查集电III线所有电缆头。

5结合以上分析到现场实际查找到的故障点

(1)

集电I线一处过线塔绝缘子时发现三相短路

烧灼痕迹。采取措施：更换绝缘子。

(2) 组织运行人员拆开主变低压侧封闭母线，发 现BC短路。采取措施：更换封闭母线，热缩绝缘套， 确保绝缘距离。(3) 集电III线检查到箱变B相绝缘子放电痕迹 和C相电缆击穿，采取措施：更换电缆头。

(4)

组织人员对保护装置进行传动试验，联系深

圳南瑞厂家到现场对保护装置进行检查，综合分析发现 保护装置电源模块发生故障，跳闸出口信号没有送到 311开关，导致311开关拒动，主变后备保护越级动作。 采取的措施：全部更换本批次保护装置的电源模块。

6结语

风电场发生故障跳闸后，除及时联系调度部门汇

报后，应立即组织技术力量收集故障录波的相关波形 和保护装置的相关报文，根据故障录波和保护装置的 定值，结合当时的气象条件，系统分析故障录波和保 护装置的报文，判断出故障可能发生的地点，指引运 营人员巡视设备最终找到故障点，及时处理设备故障， 降低发电损失。

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