一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法与流程

本发明属于电力系统继电保护，具体涉及一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法。

背景技术：

1、为减小风电场集电系统单相接地故障持续时间，限制故障设备处的暂态过电压，降低无故障设备绝缘系统所承受的应力电压，nb/t31026-2012《风电场工程电气设计规范》要求风电场主变压器低压侧35kv及以下系统中性点宜采用低电阻接地方式接地，不应采用不接地方式。

2、对于风电场集电系统中性点接地电阻的选择方法，目前并没有确定的方法。dl/t5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》只规定当中性点采用低阻接地方式时，接地电阻按选定的单相接地电流进行选择，即

3、

4、其中，id为选定的单相接地电流，a；un为系统线电压，v。

5、《配电网中性点接地方式研究》(苏继锋)和《风电场接地变及其中性点接地电阻的改进方案分析》(林峰)等文献提出了一种中性点接地电阻的选取方法，即中性点接地电阻取up(2～3)ic，其中up为集电系统的额定相电压，一般为37kv，ic为集电系统的总电容电流。

6、但是，按照上述方法选择中性点电阻，一般会导致集电线路零序过流保护难于整定，很难保证同时满足可靠性和灵敏性。比如，某风电场35kv母线上的两条集电线路频繁因为其中一条集电线路发生单相接地而导致两条集电线路同时跳闸，这是因为中性点接地电阻选择较大，为了满足灵敏性而只能牺牲可靠性。

7、同时，如果保护装置的零序过流保护动作值设置的太小，将失去与风力发电机箱式变压器高压侧熔断器的配合关系，失去选择性。为了节省建造成本，风电场通常在箱式变压器高压侧设置熔断器对箱式变压器进行保护。根据《配电网分支线保护的配置与整定》(张良)，小电阻接地方式下单相接地短路时，短路电流相对于相间短路较小，大约为300～1000a。熔断器所需的熔断时间较长，如果未能在出口零序保护时限内熔断，必然引起出口零序保护越级跳闸，扩大停电范围。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现行风电场集电系统中性点接地电阻选择方法的不足，提出一种能够提高集电系统继电保护选择性的风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法。

2、为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现：

3、一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法，该方法根据风电场集电线路零序过流保护反推集电系统中性点接地电阻阻值和接地变压器零序阻抗。

4、本发明进一步的改进在于，该方法具体包括以下步骤：

5、1)统计风电场集电系统集电线上接入的箱式变压器的高压侧熔断器的型号及其额定电流，找出额定电流最大的熔断器；

6、2)根据该熔断器的型号和额定电流，查找对应型号熔断器的时间电流特性曲线，确定熔断器熔断时间为0.1s和0.3s时的熔断电流分别为if0.1s和if0.3s；

7、3)根据继电保护的选择性原理，集电线的零序过流保护一段动作电流iop0i＝if0.3s，动作时间为0.3s；

8、4)集电系统中对地电容最大的一条集电线路外部单相接地故障时，从此集电线流出的电容电流为ic，集电线的零序过流保护二段动作电流iop0ii；

9、5)根据继电保护的选择性原理，接地变压器的零序过流保护一段动作电流ig0i；

10、6)集电系统所有集电线路对地电容电流之和为ic∑；

11、7)根据继电保护的灵敏性原理，即保证集电线零序过流保护一段动作电流灵敏度系数不小于2，接地变压器的零序过流保护一段动作电流灵敏度系数不小于2，因此集电线路末端单相接地故障时的故障电流id；

12、8)集电系统中性点接地电阻为rn，接地变压器的零序阻抗为xn，满足如下方程关系un为集电系统的额定电压，通过联立求解得到集电系统中性点接地电阻阻值和接地变压器零序阻抗。

13、本发明进一步的改进在于，步骤4)中，iop0ii＝1.5×ic。

14、本发明进一步的改进在于，步骤4)中，动作时间为0.6s。

15、本发明进一步的改进在于，步骤5)中，ig0i＝1.15×iop0i。

16、本发明进一步的改进在于，步骤5)中，动作时间为0.9s。

17、本发明进一步的改进在于，步骤5)中，接地变压器的零序过流保护原理为：

18、流过接地变压器的零序电流为i0，接地变压器高压侧的零序电压为u0，i0和u0的向量夹角为θ，则当i0cosθ+i0sinθ大于接地变压器的零序过流保护动作电流i0dz时，接地变压器的零序过流保护动作。

19、本发明进一步的改进在于，步骤7)中，id＝max(1.3×if0.1s，2×iop0i，4×iop0ii，2×ig0i-ic∑)。

20、本发明至少具有如下有益的技术效果：

21、1、本发明提出的一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法，从与熔断器的动作特性配合出发，当熔断器箱式变压器侧发生单相接地短路故障时，能够保证熔断器先熔断，集电线的零序保护后动作。根据gb/t15166.6-2008《高压交流熔断器第6部分：用于变压器回路的高压熔断器的熔断件选用导则》，用于变压器回路中的高压交流熔断器的熔断件的弧前时间-电流特性应具有：在0.1s以下范围内较高的动作电流，以耐受变压器涌流并提供与二次侧保护装置的良好配合。

22、2、本发明方法提出的一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法，接地变压器的零序过流保护动作电流按与集电线路的零序过流保护一段动作电流配合整定，配合系数取1.15，保证了选择性，同时接地变压器的零序过流保护动作量变为i0cosθ+i0sinθ，提升了接地变压器的零序过流保护的灵敏性。

23、本发明对比已有技术具有以下显著优点：

24、1、本发明提出的一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法，由集电线路零序过流保护反推中性点接地电阻阻值和接地变压器的零序阻抗，与目前通常按照rn＝up/(2～3)ic的选择方法相比，更有利于提高集电线路继电保护的选择性和灵敏性。

25、2、本发明提出的一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法，从与熔断器的动作特性配合出发，当熔断器箱式变压器侧发生单相接地短路故障时，能够保证熔断器先熔断，集电线的零序保护后动作，保证了继电保护的选择性。如果保护装置的零序过流保护动作值设置的太小，将失去与风力发电机箱式变压器高压侧熔断器的配合关系。为了节省建造成本，风电场通常在箱式变压器高压侧设置熔断器对箱式变压器进行保护。根据《配电网分支线保护的配置与整定》(张良)，小电阻接地方式下单相接地短路时，短路电流相对于相间短路较小，大约为300～1000a。熔断器所需的熔断时间较长，如果未能在出口零序保护时限内熔断，必然引起出口零序保护越级跳闸，扩大停电范围。

26、3、本发明提出的一种风电场集电系统中性点接地阻抗选择方法，根据风电场集电系统零序网络阻抗模型，流过故障集电线路保护装置的零序电流等于流过接地变中性点电流与母线上非故障线路单相金属性接地电容电流的向量和，同时接地变压器的零序阻抗以及风电场的塔基接地电阻也会减小零序电流，当集电线发生单相接地短路故障时，流过集电线的零序电流小于选定的单相接地电流，保护装置的零序过流保护动作值必须设置的非常小才能保证灵敏度。