浅谈电压互感器二次回路对风电场无功补偿装置稳定性的影响

浅谈电压互感器二次回路对风电场无功补偿装置稳定性的影响

字兴源

中国电建新能源集团有限公司云南分公司，云南 大理 671000

【摘要】无功补偿装置是新能源电场的重要组成部分，在新能源电力系统中能降低变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，提高电网功率因数，改善供电环境。本文主要通过对某风电场35kV无功补偿装置因低压侧电压互感器二次回路故障导致补偿装置跳闸事件进行分析，为新能源电场及变电站设计、运维、设备生产厂家等单位人员提供了一定经验教训，避免因设计、生产缺陷及运行维护不到位造成不必要的人身伤亡及设备损坏，从而增强新能源电力生产设备运行的安全性与可靠性。

【关键词】风电；无功补偿装置；二次回路；继电器；跳闸；预防；经验

0前言

近年来，随着用电负荷不断增加，以及新能源电力的大面积接入，不但改变了电力系统的网络结构，也改变了电力系统的电压分布，造成电力系统的无功分布不合理，甚至可能导致部分地区无功容量严重不足，电压水平普遍较低的情况。随着电力系统结构日趋复杂，若当电力系统受到干扰时风电场无功补偿装置不能保持稳定运行，就可能在电力系统电压稳定薄弱环节导致新能源机组大面积脱网，甚至造成地区电网电压崩溃。

无功补偿装置作为风电场无功电源的重要源头之一，能否稳定运行对整个电场的电压、频率、功率因数等重要参数起着举足轻重的作用。而影响无功补偿装置稳定运行的因素也有很多，其中电压互感器二次回路便是一个较为重要的因素。

目前风电场大多采用直挂式无功补偿装置对系统进行无功补偿，通过采集主变压器高压侧电压、电流，低压侧电压、电流对系统无功进行实时跟踪，并根据补偿模式实时对系统无功进行调节。若无功补偿装置电压互感器二次回路不可靠，不仅会导致无功补偿装置对系统的无功监测不准确，甚至会导致无功补偿装置控制系统做出错误判断，误以为系统失压，造成设备误跳闸。

1某风电场低压侧电压互感器二次回路故障导致无功补偿装置跳闸案例

2018年6月25日某风电场35kV动态无功补偿装置跳闸，跳闸时综自后台仅报出“35kV 1#动态无功补偿装置348断路器由合到分”，1#动态无功补偿继电保护保护装置未动作。同时无功补偿装置后台监系统报出“电网电压缺相保护”、“电网低电压1保护”、“电网低电压2保护”动作，无功补偿装置直接开出跳闸信号至上级断路器，导致348断路器跳闸。

经过分析确认跳闸直接原因为该风电场35kVⅠ段母线PT柜内二次电压回路上电压继电器KA线圈损坏导致继电器未吸合，无功补偿装置检测到低压侧失压，控制系统“电网电压缺相保护”、“电网低电压1保护”、“电网低电压2保护”使能，无功补偿装置动作跳闸。

2电力系统二次回路

电力系统运行设备包括一次设备和二次设备，其中完成发-输-配-变功能的设备叫做一次设备；对一次起设备控制、保护作用的设备叫做二次设备。而二次回路则是由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路，包括测量回路、计量回路、继电保护回路、开关控制回路及信号回路、操作电源回路、断路器和隔离开关的电气闭锁回路等全部低压回路。

3电压互感器二次回路

电压互感器是电力系统的重要组成部分，在电力系统中把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供计量、保护、其余仪表装置使用。根据《继电保护及二次回路安装及验收规范》（GB/T 50976-2014）要求，电压互感器端子箱处应配置分相自动开关，电压互感器二次回路中使用的重动、并列、切换继电器接线应正确，电压二次回路应具有防止电压反送电的措施。宜使用隔离刀闸的辅助触点来控制重动、并列、切换继电器，并且电压切换继电器应提供触点用于监视。

4跳闸事件风电场35kV侧电压互感器二次回路

该风电场35kV侧为单母线运行方式，母线上装设的电压互感器共有三个二次绕组及一个剩余绕组，除剩余绕组外其余三个绕组均配置了分相自动空气开关，其中3P级测量绕组二次回路接入了隔离刀闸辅助触点用于防止电压反送，0.2级、0.5级绕组二次回路接入KA继电器，KA继电器线圈通过隔离刀闸辅助触点进行控制。该风电场无功补偿装置低压侧电压取自精度为0.5级的测量绕组。

图1  电压互感器二次回路原理图

图2  KA继电器原理图

图3  无功补偿装置低压侧电压回路图

5电压互感器二次回路暴露的问题

电压互感器生产厂家在生产设计阶段存在安全隐患，在生产设计阶段未充分考虑到使用隔离刀闸辅助触点控制的电压继电器应提供电压切换继电器触点用于监视。电压继电器在运行过程中缺少监视信号，电压继电器动作时不容易被发现，增加了故障查找时间。

设备选型把控不严，未能按照电场实际情况选择电压互感器设备，采用单母线接线方式时并不涉及电压重动、并列、切换，电压互感器二次回路中无需使用电压继电器，直接将二次回路接入隔离刀闸辅助触点由此来达到防止电压反送电功能即可。建设单位验收把关不严，工程建设完工后未严格按照继电保护及二次回路安装及验收规范开展二次回路验收工作。针对设计阶段遗留的问题不能够及时发现并采取措施，为后期无功补偿装置可靠运行留下安全隐患。

6防范措施

更换电压继电器，并将继电器信号接入后台监控，确保继电器动作时能够及时发现。但此方法治标不治本，若后期电压继电器再次损坏，依旧会导致无功补偿装置跳闸停运。由于该风电场35kV母线为单母线接线方式，不涉及电压重动、并列、切换，电压互感器二次回路中无需使用电压继电器，最可靠的解决方案应是拆除电压继电器，直接将0.2级、0.5级绕组二次回路接入电压互感器隔离刀闸辅助触点，如此不仅满足电压二次回路应具备防止电压反送的要求，同时也避免了后期电压继电器损坏带来的无功补偿装置跳闸停运风险。

7经验分享

目前，随着新能源装机规模的不断扩大，为确保新能源电场接入电网后电力系统运行的可靠性、安全性和稳定性，电网也对新能源电场无功补偿装置运行提出了一系列新的要求。上述风电场无功补偿装置二次电压回路故障可进一步扩展出电厂、变电站建设阶段在进行设备选型时应重点对产品的厂家业绩、以往运行情况进行详细掌握，选取业绩优、产品运行可靠的厂家。

对电厂、变电站继电保护的设计及运行要求，各区域、各省电网均有所不同，与国家标准及行业标准可能存在差异，各电厂、变电站在设计阶段要重点结合本区域电网的要求进行设计，同时严格设计审查，及早发现问题。

运维单位在从事风电场、变电站运行维护工作过程要加强对设备运行情况进行风险辨识，对可能引发无功补偿装置跳闸的风险提前辨识并及时采取有效的预防措施。同时要加强二次回路作业风险管控，严格执行各项反事故措施，防范因二次回路问题引发一次设备停运的事件发生。

参考文献：

[1]《继电保护及二次回路安装及验收规范》（GB/T 50976-2014）.

作者简介：字兴源（1989-），男，云南大理人，助理工程师，主要从事风电场、光伏电站建设和运行维护管理工作。