風(fēng)電場站內(nèi)繼電保護零序保護整定方案探討

張歡歡

摘要：科技的進步，促進人們對能源需求的增多。隨著我國新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電已成為現(xiàn)階段我國清潔可再生能源的代表，推動了我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。相較于其他發(fā)電措施，風(fēng)力發(fā)電的使用不受地形等因素的影響，僅需安裝在風(fēng)力充足的地帶。風(fēng)力發(fā)電因其工期短、見效快等特點，在我國得到了廣泛應(yīng)用，風(fēng)電輸入供電電網(wǎng)中的電能量也逐步提升。風(fēng)力發(fā)電的過程中主要使用大量風(fēng)輪發(fā)電機發(fā)電，通過風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生可再生能源以外，也會對電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為風(fēng)力發(fā)電會對電網(wǎng)電能質(zhì)量與繼電保護的影響。本文就風(fēng)電場站內(nèi)繼電保護零序保護整定方案展開探討。

關(guān)鍵詞：零序電流;風(fēng)電場;繼電保護

引言

經(jīng)濟的發(fā)展促進了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進步，風(fēng)電發(fā)電機組投入運行，容量逐年增加，對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量也產(chǎn)生較大的影響。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電容量所占份額的不斷加大，向系統(tǒng)的提供的短路電流也隨之不斷的增加，風(fēng)電場繼電保護的配置就顯得尤為重要。

1風(fēng)電場典型主接線分析

我國東南沿海及丘陵地區(qū)風(fēng)能資源豐富，適宜建設(shè)陸上風(fēng)電場，風(fēng)電場規(guī)模一般在48MW，單臺風(fēng)機單元容量為2MW，風(fēng)機出口電壓為690V，經(jīng)過就地升壓變升壓至35kV，通過集電線路，向風(fēng)電場升壓站35kV母線匯集。35kV母線上還接有動態(tài)無功補償裝置，電容器組，以實現(xiàn)控制風(fēng)電場無功功率輸出的功能。風(fēng)電廠的場用變壓器電源一路引自35kV母線，一路引自場外10kV施工電源，場用變壓器為電廠內(nèi)各類照明負(fù)荷、電動機負(fù)荷提供能量來源。風(fēng)電場的能量在經(jīng)過35kV母線匯集之后，經(jīng)過主變壓器升壓至110kV，最后通過高壓線路外送至電網(wǎng)側(cè)變電站。

2風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護的整體影響

2.1對繼電保護配置方案的影響

從人工短路試驗結(jié)合多年的實際工作經(jīng)驗來分析，當(dāng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)一旦有故障發(fā)生，在故障切除動作執(zhí)行之前，風(fēng)電場會向系統(tǒng)提供短路電流，電路提供的方式與異步電機相似，也就是說，電網(wǎng)在接入了風(fēng)電場后對故障切除的主保護動作具有一定程度上的影響。對于高壓電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線保護與風(fēng)電場本身內(nèi)部繼電保護是有區(qū)別的，在高壓電網(wǎng)在繼電保護上需要充分的考慮到風(fēng)電場接入帶來的影響，將風(fēng)電場視作一個整體來看待。風(fēng)電場內(nèi)的各個機組之間在類型上、空間分布上具有差異性，這對電網(wǎng)的繼電保護都具有一定程度的影響，必須將其加以考慮。

2.2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?！?〕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風(fēng)電場站內(nèi)繼電保護零序保護整定方案

3.1集電線零序保護

風(fēng)電場站內(nèi)零序保護按照短路電流計算方法獲得的零序電流?？紤]系統(tǒng)最小運行方式下，集電線最遠(yuǎn)處具有足夠靈敏度。首先確認(rèn)集電線零序保護定值。這里需要考慮集電線共有線路及電纜和架空線相連接的情況，如果實際條件允許可以實測集電線路的實際零序阻抗用于短路電流計算。目前不同的集電保護裝置對于集電線零序配置的不相同，一些保護裝置采用了兩段保護，一些采用一段保護。在定值設(shè)置需要估計集電系統(tǒng)電容電流，避免系統(tǒng)零序電流動作值過小造成保護勿動跳閘，同時要避免定值過大而導(dǎo)致集電線系統(tǒng)產(chǎn)生間歇性弧光接地。

3.2建立電磁暫態(tài)仿真模型

現(xiàn)階段，雙饋型風(fēng)力發(fā)電機與永磁直驅(qū)機組電力系統(tǒng)發(fā)展越來越快，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。因此，繼電保護需將其考慮在內(nèi)。異步發(fā)電機組與傳統(tǒng)意義上的同步發(fā)電機組存在很大的不同。因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)的分析與處理需結(jié)合其設(shè)計原理與功能，建立準(zhǔn)確的模型。對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實際情況進行分析，暫態(tài)仿真模型可對系統(tǒng)的實際運行進行動態(tài)模擬，為風(fēng)電廠的分析處理提供技術(shù)支持。

3.3風(fēng)電場站內(nèi)零序電流整定時限配合

零序保護在時限設(shè)定時需要考慮集電線路是夠在風(fēng)機接入時增加箱變高壓側(cè)斷路器。如今一些為了增加集電線的無故障運行小時，減少單臺風(fēng)力機組T接接頭以下的短路故障造成整條線路的風(fēng)力機“陪停”現(xiàn)象。增加了風(fēng)力機箱變高壓側(cè)斷路器。低壓系統(tǒng)零序保護定值實現(xiàn)將采用三級方式。第一級為箱變高壓側(cè)零序保護，需要考慮躲過箱變合閘時勵磁涌流引起的零序電流。時限一般從0.1s起。第二級為集電線路零序保護，定值設(shè)定時需要考慮與第一級之間的配合。一般增加一個時限級別，或是讓第一級有更高靈敏度時限一致。第二級保護中也可設(shè)置多個時限提高因線路非金屬性接地的靈敏度。第三級保護是低壓側(cè)接地變或是變壓器低壓側(cè)小電阻接地系統(tǒng)零序保護。定值設(shè)定時比第二級多出一個時限。如果在站內(nèi)不設(shè)有箱變高壓側(cè)斷路器，這按照二、三級設(shè)定即可。同樣也需要考慮箱變合閘時的勵磁涌流問題。加入至少0.1秒的延遲。

3.4加強開發(fā)集群電線路保護機理

當(dāng)風(fēng)電場產(chǎn)生集群電路問題時，將在很大程度上降低集群母線與風(fēng)電機組的電壓。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障且故障難以及時解除時，將在很大程度上對風(fēng)電場的實際運行的可靠性產(chǎn)生影響，進而導(dǎo)致系統(tǒng)大面積脫網(wǎng)。若想及時解除故障，需準(zhǔn)確定位故障點，對故障進行隔離處理。結(jié)合現(xiàn)階段掌握的系統(tǒng)信息全面分析，對系統(tǒng)進行不斷完善。

3.5風(fēng)電場站內(nèi)零序保護動作故障排查

對于風(fēng)電場站內(nèi)零序動作后，首先應(yīng)觀察故障錄播裝置的實際動作邏輯及動作時刻的電流和電壓實際波形。對故障原因進行實際分析。逐步確定故障的原因及位置。如果集電線保護設(shè)備零序保護動作，結(jié)合保護動作記錄排查保護動作狀況、風(fēng)機運行狀況以及箱變狀況，進而對故障點的位置和實際情況進行合理的分析和判斷。零序保護首先將故障切除，經(jīng)由消弧線圈接地，首先查看線路的布置是否正確，其次再接線，最后再查看單相故障轉(zhuǎn)化為三相故障的狀況。對風(fēng)機和箱變運行的故障的排查，需要查看風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)是否發(fā)出故障報告，如風(fēng)機變流器的故障信號，以此作為風(fēng)機和變速箱故障評定依據(jù)。對于直接接地故障，首先通過采用測量絕緣電阻方式檢驗，測量時，使斷路設(shè)備與整個系統(tǒng)明顯隔離，做好驗電工作，檢測完成以后再合理放電。對即將拆卸的電纜進行檢測時，做好標(biāo)記，避免因接線錯誤引發(fā)安全事故。對于非直接接地故障，對電纜進行分段檢測，一般故障位置基本都是接頭處，需要注意電纜分接頭的檢查，在接地位置做好標(biāo)記。如果發(fā)生越級動作，需要檢查各級動作設(shè)置的定值是否合理。以及故障位置是否發(fā)生在集電線路保護區(qū)域之外。如果是低壓母線單項接地保護動作的話。進行合理排查消除故障。如果是集電線保護范圍之內(nèi)的故障需要對具體發(fā)生原因，逐步排查一次設(shè)備、二次設(shè)備等具體問題，進行逐一排查。

結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷繁榮發(fā)展，人們環(huán)保意識逐漸增強，而風(fēng)力發(fā)電可在一定程度上滿足社會對清潔能源的需求。但由于風(fēng)力發(fā)電過程中，受到較多不定因素的影響，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仍需不斷改善，以滿足社會對風(fēng)電系統(tǒng)故障控制的要求。

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