3. 风电场集电线路保护配置
风电场集电线路是连接各台风力发电机组与升压站母线的“毛细血管”，通常采用35 kV或10 kV电缆与架空线混合敷设，一条集电线路往往串接5～15台风机，形成多分支、多T接的辐射状网络。与常规配电线路相比，它的故障特征、保护配置和整定逻辑都有明显差异，理解这些差异是做好保护配置的前提。
一、集电线路的故障特征
集电线路最突出的特点是“电源分散、潮流双向”。每台风机都是一台带变流器的电源，故障时既有系统侧提供的短路电流，也有故障点上游各台风机通过箱变倒送的短路电流。以一条35 kV集电线路为例，若线路上T接8台2.5 MW风机，单台风机经箱变（0.69/35 kV）后的短路容量有限，但8台叠加后，故障点上游的短路电流可能达到系统侧电流的20%～40%，足以影响过流保护的灵敏度。
其次，集电线路多为电缆段与架空段混合。电缆段对地电容大，单相接地时电容电流明显高于同长度架空线；而架空段易受雷击、风偏、树障影响，故障率更高。此外，风机变流器在故障期间会进入低电压穿越控制，其输出电流被限幅在1.1～1.2倍额定电流，且含有大量谐波，这会使传统傅氏算法的测量精度下降，零序方向元件尤其容易误判。
从故障类型看，集电线路以单相接地故障最为常见，约占60%～70%；相间短路约占20%～30%；三相短路概率最低但危害最大。因此保护配置必须“接地为主、相间兼顾”。
二、电流速断与过流保护
集电线路的相间短路主保护通常采用两段式电流保护：电流速断（Ⅰ段）和定时限过流（Ⅱ段），必要时增加反时限过流作为后备。
电流速断按躲过本线路末端最大三相短路电流整定，即
I_setⅠ = K_rel × I_k.max(末端)
其中可靠系数K_rel取1.2～1.3。由于集电线路末端短路电流受风机倒送影响，计算I_k.max时必须把故障点上游所有风机的短路贡献计入。若速断保护范围不足线路全长，可考虑采用带方向或带电压闭锁的速断，但集电线路一般不设方向速断，以免在风机倒送时失去选择性。
定时限过流按躲过本线路最大负荷电流整定，并考虑电动机自启动系数：
I_setⅡ = K_rel × K_ss × I_L.max / K_re
K_rel取1.15～1.25，K_ss取1.5～2.0（风机群启动时冲击明显），K_re取0.85～0.95。动作时间按阶梯原则与上级主变过流配合，一般取0.5～1.0 s。灵敏度校验按本线路末端最小两相短路电流计算，要求K_sen≥1.5；若达不到，应改用带方向或带低电压闭锁的过流保护，或降低整定值并延长动作时间。
三、零序保护
集电线路单相接地时，零序电流由线路对地电容和消弧线圈（若装设）决定。对于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，零序保护通常采用零序过流或零序方向。
零序过流整定需躲过本线路及相邻线路单相接地时流过保护的最大零序不平衡电流，一般取
I_set0 = K_rel × I_c.max
K_rel取1.5～2.0，I_c.max为本线路或相邻线路单相接地时本保护安装处的最大电容电流。若线路较长、电容电流较大，可加装消弧线圈补偿，此时零序过流定值应躲过补偿后的残余电流。
零序方向元件用于判断故障方向，其电压取自母线TV开口三角，电流取自线路零序CT。方向元件正方向指向线路，动作区通常为-90°～+90°（以零序电压为参考）。整定时需注意：风机变流器在故障期间产生的谐波可能使零序电压波形畸变，建议采用全周傅氏算法并加装谐波闭锁，当二次谐波含量超过15%时闭锁方向元件。
四、方向元件选择与整定
集电线路是否需要方向元件，取决于系统结构和保护配合关系。对于单侧电源辐射状集电线路，过流保护本身具有选择性，一般不需要方向元件；但当集电线路与相邻线路形成环网、或存在多电源倒送时，必须加装方向元件。
方向元件的选择应遵循以下原则：
- 相间方向元件采用90°接线，电压取自母线TV，电流取自线路TA，正方向指向线路。
- 零序方向元件采用零序电压与零序电流的相位关系，正方向指向线路，动作区为-90°～+90°。
- 方向元件的灵敏度应满足：在保护安装处发生金属性短路时，方向元件应可靠动作；在反方向故障时，应可靠不动作。
- 方向元件的动作时间应与相邻线路保护配合，一般比相邻线路保护高一个时间级差（0.3～0.5 s）。
整定示例：某35 kV集电线路，TA变比300/5，TV变比35/0.1 kV，线路末端最大三相短路电流归算到二次侧为8.5 A，最大负荷电流为3.2 A。则速断定值取1.25×8.5≈10.6 A，过流定值取1.2×1.8×3.2/0.9≈7.7 A，动作时间0.6 s。零序过流定值取1.5×0.8≈1.2 A，动作时间0.3 s。方向元件正方向指向线路，动作区-90°～+90°。
实际工程中，集电线路保护还应与风机箱变保护、升压站主变保护协调配合。箱变高压侧熔断器或负荷开关负责切除风机内部故障，集电线路保护负责切除线路故障，主变保护作为后备。整定计算时，应把风机倒送电流、电缆电容电流、变流器谐波影响一并纳入，必要时通过短路计算软件校核灵敏度，确保在各种运行方式下保护都能可靠动作。