大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)問題分析

蔣文君

（福建省福能新能源有限責(zé)任公司，福建 莆田 351146）

在社會(huì)與時(shí)代飛速發(fā)展下，不可再生資源與能源的壓力與日俱增，生態(tài)環(huán)境也因此受到了較大破壞，引起了人們高度重視，開始加大對(duì)清潔能源的開發(fā)與應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源之一，具有可再生性，但此種發(fā)電方式受地域的限制較大，且具有不可控性，在大規(guī)模風(fēng)電接入時(shí)應(yīng)采取措施，做好繼電保護(hù)工作，提高保護(hù)可靠性。

1 風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響

1.1 接入與故障位置

將風(fēng)電接入配電網(wǎng)中，由于接入位置不同，對(duì)整體電網(wǎng)保護(hù)的影響也有所區(qū)別。當(dāng)接入配電網(wǎng)饋線非末端母線C段時(shí)，將線路個(gè)點(diǎn)設(shè)為ABCD，保護(hù)為1，2，3。如若上游出現(xiàn)故障，則保護(hù)1將立即將故障點(diǎn)隔離，在無風(fēng)電接入時(shí)，便將整條線路AD切除。但是，當(dāng)母線C與發(fā)電機(jī)連接后，便會(huì)連續(xù)供電使BD段的電路獨(dú)立開來，形成一個(gè)閉環(huán)，最后，在風(fēng)力發(fā)電中的保護(hù)設(shè)置，使其退出電網(wǎng)。對(duì)此，應(yīng)在BC段與母線C相近的一段設(shè)置保護(hù)功能，并安裝正確方向的元件，這樣才可有效避免以上情況的發(fā)生。當(dāng)下游出現(xiàn)故障時(shí)，風(fēng)電接入會(huì)加劇3處的故障程度，此時(shí)，可將3處的電流進(jìn)行延長(zhǎng)，以此增加保護(hù)力度，也可使該處電流與相鄰線路相互獨(dú)立。此外，還可有效避免保護(hù)2時(shí)出現(xiàn)短路情況，當(dāng)保護(hù)2中短路電流削弱時(shí)，其所處的保護(hù)范圍便會(huì)縮小，降低線路的靈活度，如若再次衰減便會(huì)阻礙故障切除能力的應(yīng)用。

1.2 接入容量

部分配電系統(tǒng)電路沒有與風(fēng)電相連，如若風(fēng)電容量比值在系統(tǒng)中的占比較小，則該系統(tǒng)的保護(hù)力度便不會(huì)受到較大影響。當(dāng)前，許多研究忽視較小容量這一情況，進(jìn)而影響最終結(jié)果準(zhǔn)確性。但是，當(dāng)風(fēng)電系統(tǒng)與電網(wǎng)相接后，容量方面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過大或者過小等情況，此時(shí)，電路系統(tǒng)便不可忽視這一問題，應(yīng)重視故障電流對(duì)其產(chǎn)生的影響。在故障狀態(tài)下，不同位置的保護(hù)點(diǎn)可獲得不同的短路電流，因此，輸出容量也勢(shì)必發(fā)生改變。由此可見，容量不同對(duì)風(fēng)電接入的影響也不盡相同。通過保護(hù)1電路的電流，仍然以系統(tǒng)電源為依據(jù)進(jìn)行衡量，與后續(xù)風(fēng)電是否接入的聯(lián)系不大，此時(shí)，如若對(duì)保護(hù)2的短路電流進(jìn)行衡量，則可以風(fēng)電接入為依據(jù)，且二者與容量之間具有正比關(guān)系，當(dāng)限定容量增加到一定程度時(shí)，便可使保護(hù)2出現(xiàn)誤動(dòng)。

1.3 線路長(zhǎng)度

線路長(zhǎng)度在一定程度上會(huì)影響配電網(wǎng)保護(hù)，如若系統(tǒng)容量由接入容量而決定，則BC線路長(zhǎng)度則會(huì)發(fā)生改變，保護(hù)3設(shè)定量與短路電流均會(huì)發(fā)生改變。如若線路長(zhǎng)度延長(zhǎng)，則保護(hù)3的速斷保護(hù)值將會(huì)降低，經(jīng)過保護(hù)3的電流量會(huì)隨之降低。此時(shí)，如若BC段長(zhǎng)度不斷增加，在此種狀態(tài)下，接入故障電流值將固定不變，則保護(hù)3設(shè)置數(shù)值降低很容易導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)。由此可見，線路越長(zhǎng)，其保護(hù)誤動(dòng)程度也會(huì)隨之加大。當(dāng)CD段長(zhǎng)度出現(xiàn)改變時(shí)，保護(hù)3速斷數(shù)值也會(huì)隨之降低，在故障情況下，風(fēng)電接入產(chǎn)生的電流反應(yīng)將被削弱。如若CD段長(zhǎng)度不斷延長(zhǎng)，則保護(hù)3故障電流將會(huì)小于切斷故障保護(hù)的數(shù)值，使線路得到保護(hù)，有效避免誤動(dòng)產(chǎn)生。

2 風(fēng)電接入后繼電保護(hù)的有效方法

為了確保風(fēng)電接入后，電網(wǎng)能夠穩(wěn)定安全地運(yùn)行，相關(guān)

部門應(yīng)從多個(gè)角度著手，根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整規(guī)劃，切實(shí)做好電網(wǎng)防護(hù)的首道防線。

2.1 保護(hù)聯(lián)跳措施

對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電接入工作來說，在繼電保護(hù)過程中很容易給兩側(cè)保護(hù)帶來風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致隔離系統(tǒng)側(cè)出現(xiàn)短路，使整體系統(tǒng)運(yùn)行受到較大阻礙。眾所周知，風(fēng)電組的穩(wěn)定性受到不良影響后，很容易出現(xiàn)解列現(xiàn)象，且解列時(shí)間受諸多因素影響，如負(fù)荷電流大小等，當(dāng)電流輸入風(fēng)電場(chǎng)后，在短路電流的影響下使斷路裝置處于閉關(guān)狀態(tài)。為了避免設(shè)備因此受損，則應(yīng)立即暫停電流輸出，可見大規(guī)模風(fēng)電接入可導(dǎo)致故障概率提升。對(duì)此，在電網(wǎng)正式投入運(yùn)行之前，應(yīng)做好兩側(cè)光差保護(hù)工作。在實(shí)際工作中，可設(shè)置保護(hù)上的聯(lián)跳措施，在風(fēng)電短路電流接入繼電保護(hù)系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)故障，此時(shí)，聯(lián)跳上設(shè)施便會(huì)發(fā)生反應(yīng)，并阻斷電流，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，確保電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。線路對(duì)用戶用電具有直接影響，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)采取切斷電路的方式進(jìn)行處理，防止短路電流對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生不良影響，以免使其他用戶受到危害。

2.2 發(fā)揮并網(wǎng)電路重合閘作用

結(jié)合電源特點(diǎn)與電網(wǎng)保護(hù)措施可知，對(duì)于并網(wǎng)電路來說，其開關(guān)閘對(duì)風(fēng)電機(jī)組具有關(guān)鍵影響，因此，應(yīng)加強(qiáng)該方面的研究力度。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)來說，主要采用220kV或110kV的線路，如若接地方面出現(xiàn)故障，則要結(jié)合具體情況尋找原因。例如，當(dāng)發(fā)生單項(xiàng)瞬時(shí)接地時(shí)，網(wǎng)點(diǎn)的電壓小于20%，此時(shí)，繼電保護(hù)裝置便可依對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行分析，通常情況下，機(jī)組全部跳閘，當(dāng)發(fā)現(xiàn)恢復(fù)供電后便可全部進(jìn)行脫網(wǎng)；當(dāng)電壓超過20%時(shí)，機(jī)組此時(shí)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，待供電恢復(fù)正常后，風(fēng)電便始終處于并網(wǎng)工作模式下；當(dāng)發(fā)生單項(xiàng)永久接地故障時(shí)，發(fā)生情況多種多樣，在處理時(shí)，如果重力閘無法動(dòng)作，則應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)措施。通過上述論證可知，當(dāng)機(jī)組故障無法明確時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)故障電壓不同的現(xiàn)象，電壓不可超過額定值的萬分之一，風(fēng)電機(jī)組即便具有低電壓穿越功能，也很難有效防止徹底跳閘情況發(fā)生。對(duì)此，在大規(guī)模風(fēng)電接入中，應(yīng)與故障穿越要求相符合，使零電壓穿越使用，并將時(shí)間控制在100ms之間，這樣便可確保風(fēng)機(jī)電壓低于20%，甚至?xí)汀?/p>

2.3 設(shè)置限流保護(hù)裝置

（1）開關(guān)型限流裝置。此類裝置的作用在于當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能夠快速投入電抗器對(duì)短路電流進(jìn)行控制，如圖1所示。高壓線路L位于系統(tǒng)M與N之間，在M側(cè)安裝了限流裝置，圖中虛線部分為限流裝置，即串聯(lián)電抗器。在運(yùn)行過程中，換流器處于閉合狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)電流只可經(jīng)過換流器，阻抗和損耗均為0；當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，換流器中的首個(gè)半波過零時(shí)分離，限流器在15ms之內(nèi)投入，控制電流，使其降低到原本80%以下，斷路器可靈活開斷限制后的短路電流。

圖1 限流裝置運(yùn)行原理

（2）風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)。在風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)中，35kV極點(diǎn)中性點(diǎn)接地的方式，可有效提供電場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，此時(shí)，電場(chǎng)的功率密度較低，額定功率范圍在15%～45%，與常規(guī)應(yīng)用電壓相比低很多。此時(shí)，用電用戶與風(fēng)場(chǎng)影響力較小。在配電系統(tǒng)中，與用戶供電之間具有緊密關(guān)聯(lián)，因此，當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)直接導(dǎo)致用戶被斷電，此時(shí)便要采取有效措施，避免故障范圍的進(jìn)一步延伸，結(jié)合實(shí)際情況采取有效措施，選擇新的繼電系統(tǒng)與裝置。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)來說，可采取電阻接地的方式，采用單相接地故障保護(hù)裝置。但是，如若風(fēng)電場(chǎng)已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)，則可采用不接地、消弧墊圈接地等方式，在裝置方面可采用小電流接地裝置。當(dāng)出現(xiàn)單項(xiàng)接地問題時(shí)，便可在較短時(shí)間內(nèi)快速做出反應(yīng)，使故障被消滅在萌芽狀態(tài)；如若沒辦法進(jìn)行消除，則可進(jìn)行跳閘處理。

（3）重視故障電流波形。對(duì)于繼電保護(hù)裝置來說，其重點(diǎn)在于短路電流的最大值，當(dāng)風(fēng)電接入后，勢(shì)必會(huì)對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生不良影響，主要體現(xiàn)在保護(hù)整定與配合等方面。一般情況下，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)故障電流波形的重視，一方面，是濾波算法；另一方面，是波形特點(diǎn)，這與工頻電氣量計(jì)算結(jié)果相關(guān)，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電流波形的關(guān)注度，使繼電保護(hù)效率得到全面提升。

2.4 加強(qiáng)并網(wǎng)運(yùn)維管理

在風(fēng)電與并網(wǎng)運(yùn)行、事故數(shù)據(jù)采集、分析等工作中，應(yīng)有效提升電網(wǎng)運(yùn)行率的促進(jìn)作用。在控制室中設(shè)置先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，并發(fā)揮配套監(jiān)控裝置的作用，對(duì)事故發(fā)生時(shí)電氣故障的相關(guān)信息進(jìn)行記錄，如電氣量、開關(guān)、保護(hù)等。此外，還應(yīng)對(duì)電流波形、電壓、無功補(bǔ)償裝置等控制事件進(jìn)行分析，對(duì)功能投退記錄進(jìn)行調(diào)整等，上述數(shù)據(jù)信息的積累、分析和挖掘，均可為繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新提供借鑒，使風(fēng)電接入系統(tǒng)后，繼電保護(hù)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

3 結(jié)語

綜上所述，在環(huán)境友好型社會(huì)背景下，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)得到飛速發(fā)展，但是，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電接入后仍會(huì)對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生不良影響。對(duì)此，應(yīng)積極通過保護(hù)聯(lián)跳、發(fā)揮并網(wǎng)電路重合閘作用、設(shè)置限流保護(hù)裝置、加強(qiáng)并網(wǎng)運(yùn)維管理等方式，減少對(duì)繼電保護(hù)的干擾，還可引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的電力技術(shù)，使此類問題得到妥善解決，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的飛速發(fā)展。