日前，从国家电网公司相关调度部门获悉，国家电网冀北电网其风电装机容量已突破600万千瓦，清洁能源所占比例不断提升，风电现已成为国家电网的重要组成部分。但是风电运行也有其自身的不稳定因素，随机性和波动性较大，对电网的安全稳定运行提出了新的要求。2011年2月24日，中电酒泉风电公司桥西第一风电场由于35千伏35B4开关柜C相电缆头故障绝缘击穿，并发展为三相短路，导致16个风电场598台风电机组脱网，损失风电出力840MW；2011年4月17日，河北张家口国华佳鑫风电场#8风机箱式变压器35千伏送出架空线B相引线松脱，与35千伏主干架空线路C线搭接，形成B、C相间短路，造成张家口地区9家风电场共644台风电机在脱网，损失风电出力854MW（约占装机容量的81.5%），华北电网主网频率由事故前的50HZ降低至49.95HZ。

 

    雷击也是影响风电场安全运行的另一个重要因素。德国风电部门对该国风电机组的故障情况进行了统计,结果显示德国风电场每百风机年的雷击率基本在10% 左右。据统计,在6～35kV中压电网的输电线路中,雷击跳闸率占其总故障率的80%以上,且经常伴有柱上开关、刀闸、避雷器、变压器、套管、瓷瓶等设备在雷电活动时损坏,甚至在雷电活动强烈时有的变电站出现所有线路全部跳闸的重大事故,极大地影响了供电可靠性和稳定性。

 

    中宝风电场35KV汇集线系统改造前为不接地方式，现改造为通过干式变压器，经电阻的接地方式，并配置接地保护。可以在故障发生时快速切除故障相，避免事故扩大，保证系统安全稳定运行。

 

 

    中宝风电场总装机容量为99MW，共66台单机容为1500KW的双馈异步风力发电机组，有所发电量通过一回110KV察宝线接入220KV察北变电站110KV侧。

 

    改造前，35KV母线(35KV4#、5#母线)采用单母分段接线方式。35KV4#、5#母线分别由两台35KV/110KV升压变升压接入110KV母线。35KV5#母线带1#、2#、3#风机线,1#SVG、1#FC、1#站用变运行，5#母线采用不接地方式；35KV4#母线带4#、5#、6#风机线，2#SVG、2#FC运行，4#母线采用经消弧消谐装置接地，系统图如下：

 

    采用不接地或经消弧消谐装置接地系统，在发生单相接地故障时，其可以带故障运行一段时间，提高供电可靠性。缺点是在带故障运行状态下，系统会产生局部高电压（弧光过电压和铁磁谐振过电压等），对弱绝缘击穿概率较大。在间歇性电弧接地故障时产生的高频振荡电流大，达数百安培，可能引发为相间短路，扩大事故范围。全国几次大规模的风机脱网均与当前汇集系统接地方式有很大关系。

 

 

    改造完成后，中宝风电场运行系统图如下：

 

    与改造前相比较，主要变化为：将35KV配电室原消弧消谐柜（4-9）改为PT避雷器柜；将原1#站用变开关柜更名为1#接地变高压开关柜（831），新增一面开关柜，命名为2#接地变高压开关柜（832）；户外增加35KV户外箱式变压器及接地电阻成套装置2套。相应开关柜保护定值重新核定，定值见下表：

 

    35KV开关柜保护定值

 

    开关号 CT变比 零序保护

 

    311、312、313、314、

 

    315、316 400/1 零序过流Ⅰ段定值0.45A，时限0.1S；零序过流Ⅱ段定值0.3A，时限0.4S，投入跳本开关。

 

    831 300/1 零序过流Ⅰ段退出状态；零序过流Ⅱ段0.4A,0.7S，投入跳831、301。

 

    832 300/1 零序过流Ⅰ段退出状态；零序过流Ⅱ段0.4A,0.7S，投入跳832、302。

 

    032、034 400/1 零序过流Ⅰ段定值0.45A，时限0.1S，投入跳本开关；零序过流Ⅱ段定值0.3A，时限0.4S，投入跳本开关。

 

    031、033 200/1 零序过流Ⅰ段定值0.9A，时限0.1S，投入跳本开关；零序过流Ⅱ段定值0.6A，时限0.4S，投入跳本开关。

 

    301、302 1250/1 对应接地变零序Ⅱ段动作联跳本开关

 

    35KV汇集线系统采用经电阻接地后，发生单相接地故障时，可以降低瞬态过电压幅值，有选择性的将故障定位并切除；与直接接地系统相比，故障时的接地电流较小，对信息系统和对电网冲击都减弱；局部产生过高压的幅值有所降低，提高了网络和设备可靠性。

 

 

    改造前事故实例（一）

 

    2011年8月5日23时09分13秒，中宝风电场1#、2#、3#风机线运行，风机运行29台，风场总出力为10.74MW，天气下小雨并伴有闪电。一道闪电击在了#1风机线集电架空线路上，造成3#风机处终端塔A、C相避雷器击穿爆裂，从而造成#1风机线瞬时相间接地短路故障，造成#1风机线311开关故障掉闸；故障前风场110kV母线电压为110.8kV，35kV母线电压为35.4kV，风机出口电压为678V，故障中采集机组变低压侧系统电压均低至138V。#2、#3号风机线（313、315）因与#1风机线311开关在同一母线上（35KV5母线），受其影响电压波动，变频器监测到电网电压低，报“变频器电网故障”，致使#2、#3风机线所带风机全部脱网。

 

    改造后事故实例（二）

 

    2012年11月4日，中宝风电场110KV、35KV设备运行状况良好，1#、2#、3#、4#、5#、6#风机线正常运行。9点51分， 南瑞后台报警，311开关掉闸。经检查311开关零序Ⅰ段保护动作，动作电流值3.38A（保护定值0.45A，0.1S）。检修人员随即进行故障检查工作，311开关检查无异常，集电线路铁塔、避雷器、机组变绝缘子迎风面全部被雪覆盖，引线摆动较大。检查发现#2机组变跌落保险上口下引线A相线鼻子断裂，引线来回摆动造成单相接地故障，引起零序保护动作。

 

    事故案例证明我风电场接地改造投入运行后，达到了缩小事故范围的目的，取得了预期的效果。当发生单相接地故障时，能够快速切除故障线路，其它集电线路风机还能运行正常，稳定了系统电压，避免了故障的进一步发展和扩大。

 

 

    风电场变电站进行的接地系统技术改造，涉及到的进出线间隔较多，面广、施工周期长，是一项较系统、较复杂的工作。设备投运至今，运行正常，没有发生一次误动现象，接地系统的投运进一步完善了我风场的保护配置能力，提高了风场的安全稳定运行水平，取得了较好的经济效果。

 

    参考文献：

[1] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答(第二版).中国电力出版社 .1999.11.

[2] 保定市安特变压器厂DKSC系列干式变装置技术和使用说明书。（V3.33）

[3] 国家电网调【2011】974号文，《关于印发风电并网运行反事故措施要点的通知》。

[4] 张家口先行电力设计有限公司《张北中宝风电场110KV升压站改造工程施工设计说明书》（B92S）