風電場站內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的不斷發展，風電已成為現階段我國清潔可再生能源的代表，推動了我國環保事業的發展。相較于其他發電措施，風力發電的使用不受地形等因素的影響，僅需安裝在風力充足的地帶。風力發電因其工期短、見效快等特點，在我國得到了廣泛應用，風電輸入供電電網中的電能量也逐步提升。風力發電的過程中主要使用大量風輪發電機發電，通過風力發電產生可再生能源以外，也會對電網系統產生影響，表現為風力發電會對電網電能質量與繼電保護的影響。本文就風電場站內繼電保護零序保護整定方案展開探討。

關鍵詞：零序電流;風電場;繼電保護

引言

經濟的發展促進了風電產業的發展進步，風電發電機組投入運行，容量逐年增加，對電力系統的電能質量也產生較大的影響。隨著電力系統中風電容量所占份額的不斷加大，向系統的提供的短路電流也隨之不斷的增加，風電場繼電保護的配置就顯得尤為重要。

1風電場典型主接線分析

我國東南沿海及丘陵地區風能資源豐富，適宜建設陸上風電場，風電場規模一般在48MW，單臺風機單元容量為2MW，風機出口電壓為690V，經過就地升壓變升壓至35kV，通過集電線路，向風電場升壓站35kV母線匯集。35kV母線上還接有動態無功補償裝置，電容器組，以實現控制風電場無功功率輸出的功能。風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各類照明負荷、電動機負荷提供能量來源。風電場的能量在經過35kV母線匯集之后，經過主變壓器升壓至110kV，最后通過高壓線路外送至電網側變電站。

2風電場并網對電網繼電保護的整體影響

2.1對繼電保護配置方案的影響

從人工短路試驗結合多年的實際工作經驗來分析，當風電場接入電網系統后，系統一旦有故障發生，在故障切除動作執行之前，風電場會向系統提供短路電流，電路提供的方式與異步電機相似，也就是說，電網在接入了風電場后對故障切除的主保護動作具有一定程度上的影響。對于高壓電網的聯絡線保護與風電場本身內部繼電保護是有區別的，在高壓電網在繼電保護上需要充分的考慮到風電場接入帶來的影響，將風電場視作一個整體來看待。風電場內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對電網繼電保護和安全自動裝置的影響

電網中接通風電場電源和變壓器接地之后，系統整個零序網絡將會發生變化，系統聯絡線靈敏性會有所下降，自動重合閘作用和功能不能正常發揮，風電場的規模越來越大，聯絡線如果跳開，會導致風電機組進入變動狀態，檢同期成功率無法保障，甚至重合閘重合功能會失效，導致脫網故障。〔3〕在這種情況下，短路電流無法成功饋出，聯絡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生。針對這個問題，為了提升性能和靈敏性，可設置雙饋保護。

3風電場站內繼電保護零序保護整定方案

3.1集電線零序保護

風電場站內零序保護按照短路電流計算方法獲得的零序電流。考慮系統最小運行方式下，集電線最遠處具有足夠靈敏度。首先確認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。在定值設置需要估計集電系統電容電流，避免系統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致集電線系統產生間歇性弧光接地。

3.2建立電磁暫態仿真模型

現階段，雙饋型風力發電機與永磁直驅機組電力系統發展越來越快，在電力系統中得到廣泛應用。因此，繼電保護需將其考慮在內。異步發電機組與傳統意義上的同步發電機組存在很大的不同。因此，風力發電系統系統的分析與處理需結合其設計原理與功能，建立準確的模型。對風力發電系統的實際情況進行分析，暫態仿真模型可對系統的實際運行進行動態模擬，為風電廠的分析處理提供技術支持。

3.3風電場站內零序電流整定時限配合

零序保護在時限設定時需要考慮集電線路是夠在風機接入時增加箱變高壓側斷路器。如今一些為了增加集電線的無故障運行小時，減少單臺風力機組T接接頭以下的短路故障造成整條線路的風力機“陪停”現象。增加了風力機箱變高壓側斷路器。低壓系統零序保護定值實現將采用三級方式。第一級為箱變高壓側零序保護，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接地變或是變壓器低壓側小電阻接地系統零序保護。定值設定時比第二級多出一個時限。如果在站內不設有箱變高壓側斷路器，這按照二、三級設定即可。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加強開發集群電線路保護機理

當風電場產生集群電路問題時，將在很大程度上降低集群母線與風電機組的電壓。當系統出現故障且故障難以及時解除時，將在很大程度上對風電場的實際運行的可靠性產生影響，進而導致系統大面積脫網。若想及時解除故障，需準確定位故障點，對故障進行隔離處理。結合現階段掌握的系統信息全面分析，對系統進行不斷完善。

3.5風電場站內零序保護動作故障排查

對于風電場站內零序動作后，首先應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。如果集電線保護設備零序保護動作，結合保護動作記錄排查保護動作狀況、風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化為三相故障的狀況。對風機和箱變運行的故障的排查，需要查看風機監控系統是否發出故障報告，如風機變流器的故障信號，以此作為風機和變速箱故障評定依據。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，使斷路設備與整個系統明顯隔離，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，做好標記，避免因接線錯誤引發安全事故。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，在接地位置做好標記。如果發生越級動作，需要檢查各級動作設置的定值是否合理。以及故障位置是否發生在集電線路保護區域之外。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的故障需要對具體發生原因，逐步排查一次設備、二次設備等具體問題，進行逐一排查。

結語

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

參考文獻

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