保障風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運行的保護方案及措施

牛問濤

(內(nèi)蒙古能源發(fā)電投資集團新能源有限公司,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

保障風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運行的保護方案及措施

牛問濤

(內(nèi)蒙古能源發(fā)電投資集團新能源有限公司,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

我國早期風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用不是很廣泛,在電力系統(tǒng)中所占的比例也很小,一旦出現(xiàn)問題風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)就會立即脫網(wǎng)進行自我保護,而在風(fēng)力發(fā)電日益發(fā)達的今天,風(fēng)機脫網(wǎng)會導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓及頻率極度降低,不但不能自我保護反而增加事故甚至出現(xiàn)崩潰的狀況。本文主要針對當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運行存在的問題提出合理解決方案及對策。

風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)機脫網(wǎng) 電壓 脫網(wǎng)

隨著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)未能正常運營而導(dǎo)致的整個電網(wǎng)安全運行問題的頻頻出現(xiàn)。早起在開展保護電力系統(tǒng)及對應(yīng)的整定計算時，過于片面，只是按一定程度簡化成不計衰減式恒定電流源或是終端負值負荷，未考慮在電網(wǎng)出現(xiàn)事故時風(fēng)電場給與的短路電流，沒有將風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響考慮在內(nèi)。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中高壓脫網(wǎng)事故的原因分析及應(yīng)對措施

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的高壓脫網(wǎng)事故近年來越來越頻繁，2011年4月甘肅酒泉風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)大規(guī)模的脫網(wǎng)，是我國最大一起風(fēng)機脫網(wǎng)事故，它與三年前吉林電網(wǎng)大范圍的脫網(wǎng)故障如出一轍，損失了將近一倍的電量。除了人們熟悉的這場事故外還有2008年4月吉林白城的富裕風(fēng)電場等4個風(fēng)電場內(nèi)所有的風(fēng)機跳閘，甘肅撿財塘、河南清源風(fēng)由于受到電鐵、冶金等影響最終導(dǎo)致電壓保護不平衡發(fā)生跳閘停機。

據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，風(fēng)電場大規(guī)模脫網(wǎng)事故不斷發(fā)生的誘因是風(fēng)電場內(nèi)部接地不當(dāng)導(dǎo)致風(fēng)電機組的電壓極度下降造成的，由于不適宜的中性接地方法導(dǎo)致電壓過低，對應(yīng)的風(fēng)機沒有能力讓低電壓穿越便會出現(xiàn)電機組脫落。事故在切除之后由于風(fēng)電場不適宜裝置保護的措施和無功補償設(shè)備控制不到位就會導(dǎo)致電壓提升，隨之便出現(xiàn)更多機組電壓脫網(wǎng)事故，整個脫網(wǎng)事故呈現(xiàn)不斷惡化的狀態(tài)。脫網(wǎng)事故的發(fā)生不僅顯示出我國風(fēng)電場電壓保護定值的不規(guī)范同時也提醒著我們要積極應(yīng)對風(fēng)電場繼電保護的特殊性。

我國脫網(wǎng)事故一旦發(fā)生都是大范圍的脫網(wǎng)，發(fā)生的頻率也是相當(dāng)高的，1/3的總脫網(wǎng)機組量都是由于高壓所導(dǎo)致的脫網(wǎng)機組。為了確保整體的電壓系統(tǒng)下降最后呈現(xiàn)出正常的電壓水平，事故發(fā)生后現(xiàn)場的處理人員要親自進入切除電容器組。有效防止風(fēng)電機組高壓脫網(wǎng)事故的發(fā)生，需要嚴格的設(shè)定電容器組及風(fēng)電組過電壓的保護數(shù)值，在電壓超過了設(shè)定值時確保電容器組及時的斷開，防止風(fēng)電組高壓脫網(wǎng)有效降低電網(wǎng)內(nèi)部的無功過剩的量。

2 切實有效保護風(fēng)電機組的電壓

特別強調(diào)對風(fēng)電機組的電壓進行有效保護，是因為風(fēng)電機組其本身的耐用水平比其他裝置就要低，要對過電壓保護設(shè)備進行專門的配置。風(fēng)電機組的電壓波動范圍也是非常嚴格的，過電壓的允許范圍不會超過額定電壓的1.2倍。分析其原因主要是發(fā)電機的裝置是旋轉(zhuǎn)式的，其絕緣能力很弱尤其是在匝中間的線圈部分，與其他的同級別裝置相比對應(yīng)耐壓水平明顯低很多。相關(guān)發(fā)電機組和變頻器直流電容所的耐壓力是限制風(fēng)電機組耐壓能力的關(guān)鍵。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，匝間的絕緣能力一般不會受到破壞，發(fā)電機組如果能承受住3分鐘的1.3倍額度定電壓的。如果電網(wǎng)的電壓高出變頻器的電壓相關(guān)的變頻器就會產(chǎn)生反向流動的功率，電流由電網(wǎng)兩側(cè)流入變頻器中，在這種情況下直流電的容器電壓升高如果超出了耐受力電容器就會出現(xiàn)損壞。

風(fēng)電機組廠家通常會把對應(yīng)電器的動作定值設(shè)置好，他們廠家設(shè)定值時比較保守，對應(yīng)設(shè)置數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)電機組耐壓力低很多，各個廠家對不同風(fēng)電機組的型號在過電壓保護值的設(shè)定上也是不同的。通常在風(fēng)力發(fā)電機的口端也就是690伏邊側(cè)，裝設(shè)電壓繼電器以及負荷的開關(guān)這樣做的好處是在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生工頻過電壓時，可以可靠切除對應(yīng)的風(fēng)電機組從而保護發(fā)電機以及變頻器。

3 充分考慮發(fā)電系統(tǒng)的出口電壓

要將出口電壓差充分考慮是因為它受到風(fēng)力發(fā)電機的機端電壓特殊性的影響，因為風(fēng)力發(fā)電機處對應(yīng)的就是電源，趨勢是發(fā)電機流向提升變電站的主要變壓器低壓邊側(cè)，在對應(yīng)機組發(fā)電時升壓站的低壓母線電壓通常低于風(fēng)力發(fā)電機的機端電壓，這里的電壓差就是風(fēng)電組和集電線路的升壓、變壓器的降壓的總和。

因為綜合的復(fù)雜因素出口端電壓會因為風(fēng)電機組的無功調(diào)整能力而減小，面對這樣的情況我國有很多風(fēng)電機組卻是利用恒定的功率運行，不具備對應(yīng)的無功調(diào)節(jié)功能。這樣會導(dǎo)致35千伏的母線電壓會低于發(fā)電機出口處的電壓值。

4 不同風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的繼電保護方案及原則

對于IG機組的繼電保護而言主要是風(fēng)電場的短路電流對其線路電流充分保護方面。相關(guān)線路的速斷電流保護往往受到IG風(fēng)電場短路電流的影響，在保護設(shè)備上對應(yīng)保護動作所需要的時間比5個周波還要小，從而要將風(fēng)電場的短路電流對其線路電流保護充分考慮。D-PMSG機組的風(fēng)電場需要強調(diào)的是在其對應(yīng)的容量接近或者大于220千伏的輸電線路時，就一定要在風(fēng)電機專線上裝設(shè)及時跳閘設(shè)備以備不時之需。

對35千伏匯集線路進行保護是應(yīng)當(dāng)考慮利用遠后備的原則來進行，在必要時可以利用方向式的器件，或者在對應(yīng)的體系邊側(cè)裝設(shè)過流保障設(shè)備，這種設(shè)備可以裝設(shè)成三段式的，它距離適宜。在選線設(shè)備上要配備對應(yīng)較小電流接地事故的選線設(shè)備尤其是在中性點經(jīng)由消弧線圈的基地體系中輸出線路在兩邊重合閘的位置要使用三相重合閘的方法。在接近或大于220千伏以上的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出時要注意在輸出線路的兩旁分別配置微機保護設(shè)備以用來分相電流差動。如果風(fēng)電場的容量過大時則需考慮兩側(cè)的電源在重合閘的時候。兩側(cè)電源對應(yīng)的成合閘設(shè)備要具有同時檢測判定的能力。

針對風(fēng)力發(fā)電機組的具體檢修策略是必要的。目前切實可行的檢修策略主要包括以下幾種：定期檢查檢修；預(yù)防式的檢修；針對性檢修；統(tǒng)一維修。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還不夠完善，出現(xiàn)故障也是不可避免的。一旦出現(xiàn)問題對發(fā)電性能會產(chǎn)生嚴重的影響，更為嚴重的是影響到人們的生命財產(chǎn)，為此保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行，就要采取合理有效的故障處理辦法和措施及時解決故障將損失降到最低。

[1]趙麗莉.繼電保護與安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)隱性故障研究綜述及展望.電力系統(tǒng)自動化,2014-11-25.

[2]宋強.基于電網(wǎng)安全運行的“雙側(cè)”繼電保護技術(shù)監(jiān)督.電力安全技術(shù),2014-12-1.