簡(jiǎn)易保護(hù)裝置在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用

文 | 張惟濤，李洋，韓常有

簡(jiǎn)易保護(hù)裝置在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用

文 | 張惟濤，李洋，韓常有

研究簡(jiǎn)易保護(hù)裝置的目的與意義

風(fēng)力發(fā)電作為新能源的代表，近年來(lái)迅速發(fā)展，已在電網(wǎng)占有一席重要位置，現(xiàn)作為電網(wǎng)的重要負(fù)荷之一，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎于電網(wǎng)安全。

繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或處于異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)能夠迅速、正確地做出反應(yīng)，從而在保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮了非常重要的作用。

綜合保護(hù)裝置作為配電設(shè)備安全運(yùn)行的重要方面，由于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)保護(hù)裝置種類繁多，且價(jià)格較高，較難實(shí)現(xiàn)各類保護(hù)裝置全面進(jìn)行庫(kù)存。如果風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)裝置故障，必將導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)等待備件，備件少則幾天多則半月才能到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)引起較多的電量損失；另外，一些運(yùn)行人員對(duì)于復(fù)雜的保護(hù)原理了解不深，僅知保護(hù)報(bào)警時(shí)，綜保顯示的故障原因，不知其報(bào)警及跳閘原理，不便于故障分析和查找。

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單保護(hù)裝置目的與意義：

（一）簡(jiǎn)易保護(hù)裝置的保護(hù)作用

本繼電保護(hù)試驗(yàn)箱可在35kV RCS－9611綜合保護(hù)裝置（機(jī)組集電線路保護(hù)）故障，無(wú)法起到保護(hù)作用時(shí)，充當(dāng)臨時(shí)保護(hù)，減少因等待備件所產(chǎn)生的損失電量。

（二）培訓(xùn)教學(xué)作用

本繼電保護(hù)試驗(yàn)箱帶有故障電流電壓模擬功能，可加強(qiáng)運(yùn)行人員對(duì)繼電保護(hù)原理的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高員工故障分析能力。

簡(jiǎn)易保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案及實(shí)施情況

臨時(shí)繼電保護(hù)裝置具備模擬試驗(yàn)功能，可自調(diào)節(jié)輸入電壓或電流，從而模擬故障進(jìn)行試驗(yàn)，該裝置還可以模擬保護(hù)動(dòng)作條件及相關(guān)機(jī)械閉鎖要求，從而提高相關(guān)人員的繼電保護(hù)技術(shù)水平及故障處理分析能力。

在圖1和圖2中：KI代表過(guò)流繼電器；KV1代表過(guò)壓繼電器；KV2代表欠壓繼電器；KT代表時(shí)間繼電器；KM1、KM2是交流中間繼電器，分別代表合閘線圈和分閘線圈；Q是雙極刀閘，代表手車開(kāi)關(guān)工作、試驗(yàn)位置的判定；SB1、SB2是點(diǎn)動(dòng)閉合按鈕，分別代表合閘按鈕和分閘按鈕；R1、R2是滑動(dòng)變阻器、用于調(diào)節(jié)電壓與電流；R3、R4、R5是電阻、用于保護(hù)線圈，防止線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電燒損。

回路一（圖1）模擬線路進(jìn)線部分，繼電器模擬電流互感器和電壓互感器判定故障類型，分別屬于過(guò)流、過(guò)壓及欠壓三種；回路二（圖2）模擬綜保裝置，三種故障均導(dǎo)致合閘回路失電斷開(kāi)、分閘回路得電導(dǎo)通；模擬回路具有過(guò)流延時(shí)跳開(kāi)、過(guò)壓瞬時(shí)跳開(kāi)、欠壓瞬時(shí)跳開(kāi)三種保護(hù)功能。

Q為手車試驗(yàn)位置與工作位置的判斷，在Q斷開(kāi)時(shí)，標(biāo)示手車式開(kāi)關(guān)既不在合位也不在分位，分合閘回路保持原有狀態(tài)，不能進(jìn)行分合閘操作。

正常狀態(tài)：

合閘：位置刀閘Q在合位，按下合閘按鈕SB1，合閘線圈KM1得電，合閘回路導(dǎo)通，回路中帶自保持回路，合閘指示燈常亮，同時(shí)分閘回路失電，分閘指示燈滅。

分閘：位置刀閘Q在合位，按下分閘按鈕SB2，分閘線圈KM2得電，分閘回路導(dǎo)通，回路中帶自保持回路，分閘指示燈常亮，同時(shí)合閘回路失電，合閘指示燈滅。

故障狀態(tài)：

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)，由于故障KI、KV1、KV2中任意一個(gè)繼電器得電，導(dǎo)致回路中相應(yīng)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，分閘回路導(dǎo)通，分閘線圈KM2得電，常開(kāi)觸點(diǎn)KM2閉合，分閘回路自保持，同時(shí)常閉觸點(diǎn)KM2斷開(kāi)，合閘自保持回路失電，完成故障跳閘。

簡(jiǎn)易保護(hù)裝置發(fā)揮的實(shí)際作用

臨時(shí)繼電保護(hù)裝置具備延時(shí)過(guò)流保護(hù)，過(guò)電壓、欠壓保護(hù)，且可擴(kuò)展延時(shí)保護(hù)功能具備集電線路所涉及相關(guān)的保護(hù)，可在輸變電設(shè)備繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)異?；驘o(wú)法起到保護(hù)作用時(shí)，代替繼電保護(hù)裝置起到保護(hù)作用，保證設(shè)備不失去保護(hù)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在風(fēng)電場(chǎng)35kV集電線路上設(shè)置相間短路故障，故障后線路電壓、電流變化見(jiàn)圖3。圖中，1－4通道為故障線路所處母線各相電壓及零序電壓，21－24通道為故障線路各相電流及零序電流。

高壓母線相間故障，經(jīng)風(fēng)電場(chǎng)主變壓器及風(fēng)電機(jī)組箱式變壓器電壓變換后，電壓Ub降幅最大，峰值由正常單相21kV降到10kV，二次值峰值由60V降到20V，B相電流峰值由0A（工頻）增加到3.5kA（頻率約46Hz），故障持續(xù)500ms。

由圖4可看出，過(guò)流保護(hù)在500ms是動(dòng)作，切除故障線路，恢復(fù)母線正常。

如果故障線路在無(wú)保護(hù)情況下，不能及時(shí)切除會(huì)造成電纜絕緣損壞，甚至威脅主變和故障線路所在母線的其他線路及附屬箱變的絕緣，造成事故擴(kuò)大。

短路電流及動(dòng)作時(shí)限可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行修改設(shè)定，保證故障線路快速切除，無(wú)故障線路安全穩(wěn)定。

同時(shí)可在無(wú)故障情況下進(jìn)行模擬試驗(yàn)，使用回路一（圖1）中的R1、R2對(duì)檢測(cè)的電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到保護(hù)動(dòng)作條件，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)原理教學(xué)功能及保護(hù)精度和靈敏度校驗(yàn)功能。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)臨時(shí)繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與制作，參與人員大大提高了自身的動(dòng)手能力，提高了自主創(chuàng)新和解決問(wèn)題的能力。試驗(yàn)箱制作完成后，針對(duì)各類保護(hù)動(dòng)作的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)，在了解和掌握試驗(yàn)箱原理的基礎(chǔ)上，動(dòng)手實(shí)操，以試驗(yàn)箱為點(diǎn)，站內(nèi)其他保護(hù)設(shè)備為面，以點(diǎn)帶面，逐步學(xué)習(xí)。

通過(guò)后續(xù)的培訓(xùn)工作，使運(yùn)行人員對(duì)站內(nèi)設(shè)備保護(hù)原理有了更深刻的認(rèn)識(shí)，提高了運(yùn)行人員對(duì)保護(hù)動(dòng)作的原理分析和迅速查找故障點(diǎn)的能力。

（作者單位：神華集團(tuán)國(guó)華（通遼）風(fēng)電有限公司）