解析風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

夏業(yè)波

摘 要：隨著風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組容量的逐年加大，大規(guī)模的風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生了極大的影響，由于風(fēng)能具有不可控制性和隨機(jī)性，當(dāng)風(fēng)能增大時(shí)向系統(tǒng)提供的短路電流也越大，所以風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響很重要。本文從風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響角度進(jìn)行分析論證，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的保護(hù)作用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)；電網(wǎng)；繼電保護(hù)；影響

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

由于風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組容量的逐年加大，大規(guī)模的風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生了極大的影響，所以近年來(lái)，人們一直關(guān)注風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)特性，早些時(shí)候?qū)︼L(fēng)電場(chǎng)的研究只是局限于特性的各種計(jì)算方式，或者是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，而對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)方面的作用及短路期間，由于故障導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)所提供電流的特性沒(méi)有進(jìn)行研究。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的電容量達(dá)到飽和或接近飽和狀態(tài)后，風(fēng)電場(chǎng)本身提供的電流可能會(huì)超過(guò)電廠系統(tǒng)本身所設(shè)定和提供的電流容量，這時(shí)電網(wǎng)就會(huì)發(fā)生故障，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的驗(yàn)證、繼電保護(hù)配置進(jìn)行選擇，因此現(xiàn)階段研究風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電的保護(hù)作用是非常必要的。

一、風(fēng)電場(chǎng)的保護(hù)作用分析

1 風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電纜、變壓器及其周圍區(qū)域進(jìn)行保護(hù)

首先，風(fēng)輪機(jī)塔的底面部分裝有鎧裝的斷路器，這個(gè)斷路器是用來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)和下垂電纜的；其次，從風(fēng)力發(fā)電機(jī)變壓器到風(fēng)輪機(jī)塔的基柜都是用電纜進(jìn)行連接的，用斷路器或保險(xiǎn)絲做變壓器可以進(jìn)行側(cè)電纜保護(hù)；再次，對(duì)變壓器及其周圍區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，這時(shí)要考慮變壓器的激磁浪涌電流問(wèn)題，在檢測(cè)故障時(shí)要靈活機(jī)動(dòng)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題靈活處理。另外；當(dāng)?shù)蛪憾顺霈F(xiàn)故障導(dǎo)致電流較小時(shí)，如果保險(xiǎn)絲不能有效的切除，可以考慮由分?jǐn)嚅_關(guān)進(jìn)行切斷。

2 風(fēng)電場(chǎng)可有效接地進(jìn)行故障保護(hù)

受到資源環(huán)境的限定，一般對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所處位置的選擇是根據(jù)環(huán)境來(lái)定的，通常都會(huì)選擇位置相對(duì)空曠、風(fēng)力相對(duì)較足的地方，由于這部分地區(qū)空曠性很好，所以遭受雷擊的概率也會(huì)相應(yīng)增大，所以一定要做好相應(yīng)的防雷措施，這時(shí)風(fēng)電場(chǎng)可有效進(jìn)行接地保護(hù)。所謂的接地保護(hù)就是要檢測(cè)低壓的繞組以及端部區(qū)域到地面的漏電流，對(duì)斷電器的接地進(jìn)行故障保護(hù)和過(guò)電流進(jìn)行保護(hù)。

二、風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電的保護(hù)

1 當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)可允許短時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行

風(fēng)電具有間隙性，它與常規(guī)的配電網(wǎng)保護(hù)是完全不同的，風(fēng)電場(chǎng)中的一部分元件通過(guò)的是雙向潮流，而且風(fēng)電發(fā)電機(jī)在有風(fēng)的時(shí)候與電網(wǎng)是聯(lián)系的，一旦風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速在啟動(dòng)風(fēng)速的附近發(fā)生變化時(shí)，會(huì)允許電動(dòng)機(jī)進(jìn)行短時(shí)運(yùn)行，這是為了防止由于頻繁的切換風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)組而導(dǎo)致接觸器發(fā)生故障，在這一過(guò)程中需要注意的是：由于風(fēng)速變化會(huì)改變風(fēng)電場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的潮流系統(tǒng)方向，此時(shí)會(huì)容易引起保護(hù)裝置的錯(cuò)誤動(dòng)作，這點(diǎn)需要工作人員注意。

2 限流電抗，短路電流無(wú)法送達(dá)出去

固定轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)在進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生短路故障的時(shí)候，風(fēng)電場(chǎng)的電機(jī)各相電流會(huì)發(fā)生沖突，這時(shí)各相電流的沖突焦點(diǎn)會(huì)按照設(shè)備提前設(shè)定的指定規(guī)律進(jìn)行有規(guī)律的衰減，直到衰減的結(jié)果為零。導(dǎo)致這種情況發(fā)生的原因是因?yàn)?，一般固定的轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)采用的是最普通的感應(yīng)電機(jī)，而這種最普通的感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子模型只會(huì)考慮最根本的勵(lì)磁支路，不會(huì)考慮其它。一般這種普通感應(yīng)電機(jī)的短路電流是由兩種初值來(lái)決定的，這兩種初值包括定子的暫時(shí)電抗?fàn)顟B(tài)和定子繞組時(shí)候的非周期電流初值，先后的依次順序?yàn)椋憾ㄗ拥臅簳r(shí)電抗?fàn)顟B(tài)會(huì)由定子繞組的時(shí)間常數(shù)來(lái)決定，決定的數(shù)值也會(huì)按照設(shè)備一開始設(shè)定好的規(guī)律進(jìn)行有規(guī)律衰減，當(dāng)然短路電流的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)決定的。

3 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供的短路電流量很大

上述講的是異步發(fā)電機(jī)的各相電流的特性，但是與上述普通的異步發(fā)電機(jī)短路特性不同，雙饋風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行特性與定速風(fēng)電機(jī)組的短路電流特性有很大的不同，當(dāng)在發(fā)生短路故障的時(shí)候，各項(xiàng)電流發(fā)生沖突的焦點(diǎn)會(huì)按照設(shè)備原有設(shè)定的規(guī)律進(jìn)行衰減，直到衰減的結(jié)果為零或者是衰減到穩(wěn)定的短路電流狀態(tài)，并且會(huì)在這個(gè)狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行。我們從雙饋發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組模型中可以看出，雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子也只會(huì)考慮勵(lì)磁支路，所以它的短路電流初值與上文初值界定是一樣的，都是由定子的暫時(shí)電抗?fàn)顟B(tài)和定子繞組時(shí)候的非周期電流初值決定的，它的指數(shù)衰減規(guī)律，先后的依次順序也為：定子的暫時(shí)電抗?fàn)顟B(tài)會(huì)由定子繞組的時(shí)間常數(shù)來(lái)決定，決定的數(shù)值也會(huì)按照設(shè)備一開始設(shè)定好的規(guī)律進(jìn)行有規(guī)律衰減。

4 要根據(jù)有限的故障電流來(lái)識(shí)別故障

通過(guò)大量的研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場(chǎng)的電流發(fā)生故障主要由于電流是由公用的電網(wǎng)提供的，所以說(shuō)，我們現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)就是根據(jù)有限的故障電流來(lái)進(jìn)行故障的識(shí)別、排查和檢修。另外，通過(guò)對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的特性會(huì)隨著故障點(diǎn)的不同和電網(wǎng)故障類型的不同而變化，所以說(shuō)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)繼電的保護(hù)不是一成不變的，如果風(fēng)電場(chǎng)的電流保護(hù)長(zhǎng)久不變，會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的保護(hù)作用和可靠保障性，時(shí)間一長(zhǎng)不僅不會(huì)起到保護(hù)作用還會(huì)起到破壞作用。因此，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)的繼電保護(hù)應(yīng)該要適時(shí)、適度、適量，要根據(jù)電流短路的狀態(tài)、發(fā)生故障的類型來(lái)設(shè)定恒定的保護(hù)數(shù)值。

結(jié)語(yǔ)

由于風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組容量的逐年加大，大規(guī)模的風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生了極大的影響，所以近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)特性一直被人們所關(guān)注，以往的研究只是集中在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)特性進(jìn)行各式各樣的計(jì)算，或者是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，而風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)方面的作用及短路期間，由于故障導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)所提供電流的特性沒(méi)有進(jìn)行研究，因此現(xiàn)階段研究風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電的保護(hù)作用是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]張保會(huì)，王進(jìn)，原博，郝治國(guó)，黃仁謀，王小立.風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響（四）——風(fēng)電場(chǎng)送出線路保護(hù)性能分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2013（04）：1-5+11.

[2]張保會(huì)，原博，王進(jìn)，王小立，黃仁謀，吳偉明. 風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響（七）——風(fēng)電場(chǎng)送出電網(wǎng)繼電保護(hù)配置研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2013（07）：1-5.

[3]董傲楊. 密山風(fēng)力發(fā)電站接入對(duì)雞西220kV電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響研究[D].華北電力大學(xué)，2014.

[4]鐘清瑤，王崢，王琴. 風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響及配置方案的探討[J]. 湖北電力，2011（05）：55-57.