關(guān)于風(fēng)電場繼電保護合理配置問題

劉鶴

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.074

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力事業(yè)也進入了發(fā)展快車道。近些年我國發(fā)電機組投入逐年增加，容量逐年增大，數(shù)量猛增的同時電力質(zhì)量卻出現(xiàn)了問題。隨著風(fēng)電容量所占份額的不斷增大，需要供應(yīng)的短路電流也相應(yīng)增加，風(fēng)電場機電保護配置的作用非常突出。該文從風(fēng)電場與電網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通后，其對繼電保護的影響入手，闡述繼電保護的合理配置問題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場 繼電保護 裝置

中圖分類號：TM77 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（a）-0074-02

我國國土面積遼闊，風(fēng)能資源非常豐富，并且呈現(xiàn)出集中化的特點，風(fēng)電場與電網(wǎng)多選擇集中接入的方式實現(xiàn)互聯(lián)互通。風(fēng)電事業(yè)發(fā)展迅猛，電廠規(guī)模和容量也越來越大，集中式接入模式對電能產(chǎn)生了很大影響。假如電網(wǎng)發(fā)生短路故障，風(fēng)電場會供應(yīng)電流（明顯大過電網(wǎng)短路電流），所以在電網(wǎng)建設(shè)要高度重視繼電保護配置問題。

1 風(fēng)電場繼電保護典型配置

區(qū)域保護：圖1D區(qū)域，即風(fēng)輪機塔底部，對發(fā)電機和電纜進行保護選擇690 V的斷電器。在圖1中C部位，斷路器作為變壓器對側(cè)電纜進行保護。當(dāng)有故障發(fā)生的時候，低電壓端會有微小的故障電流產(chǎn)生，這個時候選擇保險絲切除的方法可能不太理想，切斷任務(wù)可交給分段開關(guān)去執(zhí)行。

有限接地故障保護：對低壓繞組和端部的漏電流進行檢測。常見的接地故障和和繼電保護選擇常規(guī)方法即可達到保護效果。

如果風(fēng)電場與330 kV的電網(wǎng)系統(tǒng)連接時，沒有設(shè)置主變壓器，可選擇在相同容量環(huán)境下與變壓器繼電保護類似的模式（繼電保護運用33 kV/11 kV變壓器）。[1]在具體操作過程中，33 kV開關(guān)保險絲較少，所以全面保護所有范圍內(nèi)的故障電流難度是很大的，所以要進行全面保護可采用綜合方式。

2 風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護的影響

2.1 整體影響

風(fēng)電具有間隙性，保護方式也與常規(guī)配電網(wǎng)不同，有風(fēng)的時候發(fā)電機組與電網(wǎng)相連接的，風(fēng)速圍繞著啟動風(fēng)速變動時會出現(xiàn)機組頻繁投切損傷接觸器，為了防止這種情況的出現(xiàn)，電機組可以短時間電動機運行。在這個過程中如果對系統(tǒng)潮流的方向加以改變，很容易導(dǎo)致保護裝置出現(xiàn)失誤動作。

當(dāng)固定轉(zhuǎn)速異步發(fā)電機并網(wǎng)運行的時候，如果發(fā)生故障，電機各項電流在瞬間會發(fā)生突變，與此同時會發(fā)生衰減（依據(jù)指數(shù)規(guī)律），直至為零。普通感應(yīng)電機（模型中轉(zhuǎn)子支隊勵磁支路加以考慮）應(yīng)用于固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機，所以定子暫態(tài)電抗和繞組不規(guī)律初值共同決定感應(yīng)器電流初值，電流分別按照暫態(tài)參數(shù)與繞組期限參數(shù)進行衰減，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度決定電流頻率。單獨的勵磁單元并不存在于異步發(fā)電機，因為電機明顯下降的電壓，如果電網(wǎng)運行時發(fā)生故障，沒有勵磁就無法向電網(wǎng)傳輸短路電流。[2]電網(wǎng)發(fā)生故障的時候，異步發(fā)電機僅僅能持續(xù)供應(yīng)微小電流。（I≈0）。風(fēng)電機的電壓（出口）是0.69 kV，是低壓系統(tǒng)，如果折算到35 kV甚至更高側(cè)，阻抗就要與K2=（U35/UO）2兩兩相乘，所以從與35 kV側(cè)數(shù)值相等的電路來講，風(fēng)機和電纜（低壓）幾乎就是兩個很大的限制流量的電抗，在這種情況下短路電流明顯不能輸出。

雙饋風(fēng)機組在并網(wǎng)運行的時候與短路電流（基于常規(guī)異步發(fā)電機組的定速風(fēng)電機組）在性能方面差異顯著，前者模型當(dāng)中，轉(zhuǎn)子只關(guān)注勵磁支路，固定子繞組暫態(tài)電抗和其不規(guī)律電流初值共同決定了短路電流初值，并且分別根據(jù)二者時間參數(shù)發(fā)生衰減。通常情況下公用電網(wǎng)電源提供著故障電流，風(fēng)電場在保護方面的障礙在于按照有限的電流去鑒別故障。

2.2 具體影響

（1）對配置方案的影響，根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，風(fēng)電與電網(wǎng)系統(tǒng)相連接，如果發(fā)生故障，風(fēng)電場在故障切除完成之前，風(fēng)電場會供應(yīng)電流，供應(yīng)模式與異步機大同小異，即電網(wǎng)與風(fēng)電場聯(lián)通后，會在一定程度上對短路故障切除的主保護動作產(chǎn)生影響。風(fēng)電場繼電保護和電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)保護（高壓）在很多方面是存在區(qū)別的，后者將風(fēng)電場作為一個整體，在繼電保護過程中需要對與風(fēng)電場聯(lián)通之后的影響進行考慮與評估。各個機組之間在型號、地理空間分布上不盡相同，這在電網(wǎng)繼電保護過程中必須要考慮到。

（2）對電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置的影響，電網(wǎng)中接通風(fēng)電場電源和變壓器接地之后，系統(tǒng)整個零序網(wǎng)絡(luò)將會發(fā)生變化，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線靈敏性會有所下降，自動重合閘作用和功能不能正常發(fā)揮，風(fēng)電場的規(guī)模越來越大，聯(lián)絡(luò)線如果跳開，會導(dǎo)致風(fēng)電機組進入變動狀態(tài)，檢同期成功率無法保障，甚至重合閘重合功能會失效，導(dǎo)致脫網(wǎng)故障。[3]在這種情況下，短路電流無法成功饋出，聯(lián)絡(luò)線保護功能大大降低，誤動或者拒動的情況在保護裝置中頻繁發(fā)生。針對這個問題，為了提升性能和靈敏性，可設(shè)置雙饋保護。

（3）對線路零序電路保護的影響，機組變壓器通常選擇Yn/△的接線方式，如果有接地故障發(fā)生，零序電路保護會做出保護動作，迅速跳閘防止電流通過。在對兩段零序電流進行保護的過程中I環(huán)節(jié)為了切出故障迅速跳閘，II環(huán)節(jié)在故障發(fā)生時會迅速報警。

與電網(wǎng)的聯(lián)通會使風(fēng)電場零序電流的靈敏度降低。風(fēng)電場在零發(fā)時，靈敏度不會受到影響，但是如果滿發(fā)時，靈敏度會出現(xiàn)明顯降低，尤其是在線路支路，靈敏度的高低與線路距離的遠(yuǎn)近成正比。

（4）對線路距離保護的影響，與電網(wǎng)聯(lián)通之后，多方面因素共同作用于風(fēng)電場距離保護，距離保護要想穩(wěn)定安全運行，必須從以下幾方面著手：①對氣動元件配置保護裝置。 ②配置距離原件，目的在于監(jiān)測與計算裝置和故障位置之間的距離。[4]一旦有短路故障發(fā)生，首先判斷短路故障的對稱性，按照判斷結(jié)論啟動距離保護功能。

3 舉例分析風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護配置的影響問題

文章以相間保護來舉例，分析風(fēng)電場（并網(wǎng)）對繼電保護潛在的影響。

如圖2所示，電線、限時電流速斷和過電流保護共同組成相間保護。環(huán)節(jié)1至環(huán)節(jié)6是系統(tǒng)保護裝置。速斷保護負(fù)責(zé)全部線路的70%～80%，整定則通過避開線路末端故障來進行。限時電流速斷保護裝置負(fù)責(zé)本線路范圍之外的故障切斷工作，保障在任何情況下線路的全長完整，同時選擇性和靈活性不能喪失。[5]按照避開最大電流原則，過電流保護裝置進行整定。假定整個風(fēng)電場是一個負(fù)荷，那么它不能供應(yīng)等于零的短路電流，這種假設(shè)明顯與事實不符。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障的時候，風(fēng)電場會給故障點供應(yīng)相應(yīng)短路電流。如果故障發(fā)生在K1環(huán)節(jié)，I≠0，因為K1點與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的保護裝置2非常接近，所以其短路電流值與K2發(fā)生短路故障時的電流值相當(dāng)，加入IK2比系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線保護裝置2的動作電流大，則裝置2會迅速動作，也就是說風(fēng)電場導(dǎo)致裝置2的誤動作。

從整體上來講，風(fēng)電場對繼電保護動作會有影響，在系統(tǒng)配置和整定的過程中，計算風(fēng)電場供應(yīng)的短路電流大小的時候，要遵守以下規(guī)則：（1）假如系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線保護裝置動作迅速（低于5個周波），短路電流對保護裝置施加的影響則必須要考慮分析。（2）假如系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線保護動作相對緩慢（高于5個周波），對短路電流對保護裝置所產(chǎn)生的影響可不予考慮，因為其極高的衰減率使得保護裝置在時間上避免了故障威脅。

隨著我國近年來電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，很多區(qū)域都實現(xiàn)了風(fēng)電場電網(wǎng)系統(tǒng)與風(fēng)電場的互聯(lián)互通。在繼電保護配置方面，風(fēng)電場有很大影響，因此要對風(fēng)電場對繼電保護配置影響方面進行深入透徹地分析研究，為風(fēng)電場的穩(wěn)定運行提供良好的保障。

參考文獻

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