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电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序保护异常动作分析

针对电力专用逆变电源-光伏电站35kV送出线路一线零序过流和二线过负荷跳闸故障,本文给出了三相不平衡电流对零序电流保护误动的分析方法。此外,综合分析了电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序保护误动的原因,并给出了相关的解决建议,对提高电力专用逆变电源-光伏电站运行可靠性和安全性具有一定的实用价值。

截至2017年底,我国光伏发电装机容量已经突破8000万kW,其中分布式装机容量也已超过1300万kW,光伏年发电量已占我国全年总发电量的1%以上。国家发展改革委《可再生能源发展“十三五”规划》和国家能源局《太阳能发展“三十五”规划》中指出,按照“技术进步、成本降低、扩大市场、完善体系”的原则,促进光伏发电规模化应用及成本降低,推动太阳能热发电产业化发展。到2020年底,全国太阳能发电并网装机确保实现1.1亿kW以上,其中光伏发电装机达到1.05亿kW以上。

但是,由于电力专用逆变电源-光伏电站电压等级低、系统简单,各方对电站质量与运维管理重视程度不够,导致电力专用逆变电源-光伏电站安全质量事故频发。例如,2013年8月,天津某生态城服务中心的屋顶电站项目发生火灾;2014年2月27日,甘肃某电力专用逆变电源-光伏电站站内设备全部失压;2014年8月16日,内蒙古某电力专用逆变电源-光伏电站送出线路跳闸,导致全站负荷损失;2014年8月,新疆某电力专用逆变电源-光伏电站低电压解列装置动作,送出线路开关跳闸;2015年,青海某电力专用逆变电源-光伏电站多次发生送出线路零序电流保护误动跳闸现象,导致电力专用逆变电源-光伏电站无法全额送出[1];2016年,青海某电力专用逆变电源-光伏电站厢变高压套管连接电缆头发生间隙放电故障。

从这些事故可以看出,提高电力专用逆变电源-光伏电站运维检修技术水平对保证电力专用逆变电源-光伏电站的安全稳定有着重要的安全和经济价值。本文针对甘肃某电力专用逆变电源-光伏电站送出线路故障解列,导致的全站失压事故进行分析,给出事故发生的原因,并针对事故原因提出提高电力专用逆变电源-光伏电站运维检修质量的对策,提高电力专用逆变电源-光伏电站的安全稳定性,切实降低电力专用逆变电源-光伏电站事故发生。

1  故障情况

2017年11月,甘肃某电力专用逆变电源-光伏电站35kV送出金临二线1116零序过流I段动作跳闸,后金临一线1115过负荷保护动作跳闸,造成全站失压,其电站主接线如图1所示。从电站故障录波图可知,跳闸前后35kV母线电压无异常、无零序电压,由此可以排除送出电缆主绝缘损坏间隙放电及线路接地故障;金临二线零序电流超限导致1116开关跳闸,随后金临一线过负荷导致1115开关跳闸。

电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序保护异常动作分析
图1  本电力专用逆变电源-光伏电站主接线图

2  事故原因分析

2.1  送出线路数据分析

从故障录波图分析,以排除发生间隙放电和线路接地故障的可能性。因此,从两条送出线路电流对比分析,以进一步分析查找故障原因。

表1为该电站故障发生前金临一线和金临二线每15min的电流对比值。表2为该电站金临一线和金临二线对应电流时刻的出力值和零序电流值。

本文按式(2)得出该电站两条送出线路的电流不平衡度,见表3。

光伏发电系统的零序电流分为故障情况下的零序电流和非故障情况下的零序电流[2]。而非故障情况下,谐波电流和三相不平衡电流会形成零序电流。由于本电站电能质量在线监测装置未启用,所以无法深入分析谐波电流对零序保护动作的影响。

在这里,主要分析不平衡电流对零序保护动作的影响,结合分析数据给出此次零序保护动作的原因以及处理措施。

2.2  电流不平衡对零序保护动作的影响分析

鉴于该电站竣工图不完整,现场较难确认线路是否装有零序电流互感器。如果该线路不能安装零序电流互感器,保护装置接于三相电流互感器构成的零序电流回路中,三相电流不平衡就将对零序保护动作产生影响,在三相电流不平衡度较大的情况下也可能产生保护装置的误动作[3]。

金临一线和金临二线不平衡度按时间段变化趋势如图2所示。从图2可以看出,金临一线和金临二线电流不平衡度最大限值较接近。此外,金临一线和金临二线出力按时间段变化趋势如图3所示。


电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序保护异常动作分析
图2  金临一线和金临二线电流不平衡度对比图

电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序保护异常动作分析
图3  金临一线和金临二线出力对比图

金临一线与金临二线送出线路功率和不平衡度积变化趋势如图4所示。

电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序保护异常动作分析
图4  金临一线和金临二线出力与不平衡度积对比图

结合式(4),此图也表示金临一线零序电流和金临二线零序电流变化趋势。从图4可以看出,在金临二线零序电流动作时,金临二线零序电流变化已经远远大于金临一线动作电流。从前面分析可知,三相电流不平衡有可能会引起金临二线零序电流超过限制,导致金临二线零序电流保护动作。

2.3  零序电流产生原因分析

从第1节故障情况已知,线路无发生接地故障。从送出线路对侧变电站故障录波图显示,对侧在跳闸故障前没有零序电流。因此,进一步可以判定电站侧线路保护用电流导致线路零序保护动作。结合前文分析,造成该零序电流的主要原因可能如下:

1)在三相不平衡的工况下运行,将产生零序电流,该电流将随三相不平衡的程度而变化,不平衡度越大,则零序电流也越大。

2)电流互感器测试精度不满足精度要求,数据测量存在误差[4]。

3)保护用电流互感器存在电磁干扰。由于该电力专用逆变电源-光伏电站送出线路零序电流动作在1A以下,所以可初步判断送出线路零序电流由三相电流合成而来,这样就导致其抗干扰能力较弱,容易发生误动作[5]。

3  处理方法与建议

1)针对电站35kV线路运行时零序电流的变化情况,怀疑电流互感器二次线路有可能接错,因此建议对保护装置、测控装置、故障录波器中采集的线路电流进行对比,比较各装置测量的线路电流结果是否一致。如果不一致,就有可能是线路保护测量结果或者二次回路的问题,建议进一步检查保护电流互感器及接线[6]。

2)从第2节的分析已知该送出线路零序电流由三相电流合成而来,零序电流保护动作有可能由三相不平衡电流所致。结合故障发生前无开关等操作情况,此不平衡电流有可能为升压变压器三相参数不同而导致的不对称运行所引起,如果是此种情况,就可以加入一定的时限,以躲开由于回路瞬时不对称运行引起的保护误动作。

当用三相检测电流合成零序电流时,有可能使得电流回路的极性错接,导致保护用的零序合成电流失真,引起零序保护电流误动作,若果是此种情况,则建议认真核对电流互感器的接线。

3)由于电力专用逆变电源-光伏电站送出线路处于高电压、大电流的强磁场区,使得安装在该环境的保护装置无法避免相应的电磁干扰的影响,容易在电缆芯线或者电缆的铜铠层上产生微弱的感应电流,感应电流使得电流互感器电流产生失真,造成零序保护误动。如果是此种情况,就建议检查送出线路高压电缆的金属护层两端是否接地,接地情况是否良好[7-8]。

4)为进一步保证电力专用逆变电源-光伏电站零序保护动作的准确性,建议核验电力专用逆变电源-光伏电站零序电流整定值是否满足对本线路末端单相接地故障灵敏度系数不小于2的要求[9-10]。

结论
本文针对电力专用逆变电源-光伏电站35kV送出线路零序过流保护误动,深入分析了保护动作原因,着重给出了三相电流不平衡对零序过流保护动作的影响分析方法,为此类故障分析提供了有益借鉴。并且,针对故障分析原因,给出了对应的处理方法与建议,对保障电力专用逆变电源-光伏电站的安全可靠运行提供了一定的技术指导。
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