解析風電場對電網繼電保護的影響

夏業波

（廣東電網有限責任公司茂名供電局， 廣東 茂名 525000）

解析風電場對電網繼電保護的影響

夏業波

（廣東電網有限責任公司茂名供電局， 廣東 茂名 525000）

摘 要：隨著風電場機組容量的逐年加大，大規模的風電接入對電力系統的電能質量產生了極大的影響，由于風能具有不可控制性和隨機性，當風能增大時向系統提供的短路電流也越大，所以風電場對電網繼電保護的影響很重要。本文從風電場對電網繼電保護的影響角度進行分析論證，對風電場的保護作用進行分析。

關鍵詞：風電場；電網；繼電保護；影響

由于風電場機組容量的逐年加大，大規模的風電接入對電力系統的電能質量產生了極大的影響，所以近年來，人們一直關注風力發電機的并網特性，早些時候對風電場的研究只是局限于特性的各種計算方式，或者是對風電場的穩定性進行研究，而對于風電場對電網繼電保護方面的作用及短路期間，由于故障導致風電機所提供電流的特性沒有進行研究。當風電場的電容量達到飽和或接近飽和狀態后，風電場本身提供的電流可能會超過電廠系統本身所設定和提供的電流容量，這時電網就會發生故障，一旦電網發生故障會對電網設備的驗證、繼電保護配置進行選擇，因此現階段研究風電場對電網繼電的保護作用是非常必要的。

一、風電場的保護作用分析

1 風電場對電纜、變壓器及其周圍區域進行保護

首先，風輪機塔的底面部分裝有鎧裝的斷路器，這個斷路器是用來保護發電機和下垂電纜的；其次，從風力發電機變壓器到風輪機塔的基柜都是用電纜進行連接的，用斷路器或保險絲做變壓器可以進行側電纜保護；再次，對變壓器及其周圍區域進行保護，這時要考慮變壓器的激磁浪涌電流問題，在檢測故障時要靈活機動，一旦出現問題靈活處理。另外；當低壓端出現故障導致電流較小時，如果保險絲不能有效的切除，可以考慮由分斷開關進行切斷。

2 風電場可有效接地進行故障保護

受到資源環境的限定，一般對風電場所處位置的選擇是根據環境來定的，通常都會選擇位置相對空曠、風力相對較足的地方，由于這部分地區空曠性很好，所以遭受雷擊的概率也會相應增大，所以一定要做好相應的防雷措施，這時風電場可有效進行接地保護。所謂的接地保護就是要檢測低壓的繞組以及端部區域到地面的漏電流，對斷電器的接地進行故障保護和過電流進行保護。

二、風電場對電網繼電的保護

1 當風速發生變化時可允許短時電動機運行

風電具有間隙性，它與常規的配電網保護是完全不同的，風電場中的一部分元件通過的是雙向潮流，而且風電發電機在有風的時候與電網是聯系的，一旦風電場的風速在啟動風速的附近發生變化時，會允許電動機進行短時運行，這是為了防止由于頻繁的切換風電場的發動機組而導致接觸器發生故障，在這一過程中需要注意的是：由于風速變化會改變風電場發動機的潮流系統方向，此時會容易引起保護裝置的錯誤動作，這點需要工作人員注意。

2 限流電抗，短路電流無法送達出去

固定轉速的異步發電機在進行并網運行發生短路故障的時候，風電場的電機各相電流會發生沖突，這時各相電流的沖突焦點會按照設備提前設定的指定規律進行有規律的衰減，直到衰減的結果為零。導致這種情況發生的原因是因為，一般固定的轉速風電機采用的是最普通的感應電機，而這種最普通的感應電機中的轉子模型只會考慮最根本的勵磁支路，不會考慮其它。一般這種普通感應電機的短路電流是由兩種初值來決定的，這兩種初值包括定子的暫時電抗狀態和定子繞組時候的非周期電流初值，先后的依次順序為：定子的暫時電抗狀態會由定子繞組的時間常數來決定，決定的數值也會按照設備一開始設定好的規律進行有規律衰減，當然短路電流的轉動頻率是由轉子的轉速來決定的。

3 雙饋風力發電機提供的短路電流量很大

上述講的是異步發電機的各相電流的特性，但是與上述普通的異步發電機短路特性不同，雙饋風電機組的并網運行特性與定速風電機組的短路電流特性有很大的不同，當在發生短路故障的時候，各項電流發生沖突的焦點會按照設備原有設定的規律進行衰減，直到衰減的結果為零或者是衰減到穩定的短路電流狀態，并且會在這個狀態下持續運行。我們從雙饋發電機的變速風電機組模型中可以看出，雙饋電機的轉子也只會考慮勵磁支路，所以它的短路電流初值與上文初值界定是一樣的，都是由定子的暫時電抗狀態和定子繞組時候的非周期電流初值決定的，它的指數衰減規律，先后的依次順序也為：定子的暫時電抗狀態會由定子繞組的時間常數來決定，決定的數值也會按照設備一開始設定好的規律進行有規律衰減。

4 要根據有限的故障電流來識別故障

通過大量的研究發現，風電場的電流發生故障主要由于電流是由公用的電網提供的，所以說，我們現階段研究的重點就是根據有限的故障電流來進行故障的識別、排查和檢修。另外，通過對雙饋風力發電機仿真系統進行模擬發現，風電場對電網繼電保護的特性會隨著故障點的不同和電網故障類型的不同而變化，所以說風電場對繼電的保護不是一成不變的，如果風電場的電流保護長久不變，會嚴重影響對風電場的保護作用和可靠保障性，時間一長不僅不會起到保護作用還會起到破壞作用。因此，對于風電場電網的繼電保護應該要適時、適度、適量，要根據電流短路的狀態、發生故障的類型來設定恒定的保護數值。

結語

由于風電場機組容量的逐年加大，大規模的風電接入對電力系統的電能質量產生了極大的影響，所以近年來，風力發電機的并網特性一直被人們所關注，以往的研究只是集中在對風電場特性進行各式各樣的計算，或者是對風電場的穩定性進行研究，而風電場對電網繼電保護方面的作用及短路期間，由于故障導致風電機所提供電流的特性沒有進行研究，因此現階段研究風電場對電網繼電的保護作用是非常必要的。

參考文獻

[1]張保會，王進，原博，郝治國，黃仁謀，王小立.風電接入對繼電保護的影響（四）——風電場送出線路保護性能分析[J].電力自動化設備，2013（04）：1-5+11.

[2]張保會，原博，王進，王小立，黃仁謀，吳偉明. 風電接入對繼電保護的影響（七）——風電場送出電網繼電保護配置研究[J].電力自動化設備，2013（07）：1-5.

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[4]鐘清瑤，王崢，王琴. 風電場接入對電網繼電保護的影響及配置方案的探討[J].湖北電力，2011（05）：55-57.

1 引言

漢鋼1號高爐有效爐容1080m3，投產于2011年12月23日。長期以來高爐受制于原燃料條件、生產系統設計缺陷、制氧能力等多方面因素影響，導致高爐提高利用系數，增加產量比較困難，這對高爐降本增效，節約焦比極為不利。

高爐投產3年來先后對制約生產的缺陷進行有計劃有步驟的升級改造，進一步消除了制約生產的瓶頸因素，為高爐進一步強化冶煉提供了有力支撐。2014年下半年制氧二期設備投運，為高爐提高富氧率，大幅增加產量，降低焦比和燃料比創造了良好條件。9月下旬高爐提高富氧率至4%，初期高爐出現了很多問題，嚴重影響到高爐的安全生產與爐況順行，先后出現爐殼發紅、冷卻壁燒穿、煤氣流分布失常、煤氣利用率低下、頂溫失控、布袋系統結灰、荒煤氣支管阻塞等嚴重問題。經過深入分析和采取有力措施，高爐逐步穩定順行，生產恢復穩定，具體情況介紹如下。

2 冷卻壁燒穿及應對措施

2014年7月份以前富氧量約為3500Nm3/h左右，8月份高爐提高富氧至5000Nm3/h，在此期間高爐西出鐵場鐵口正上方（西側）6、7段冷卻壁根部有發紅現象，發現后立即采取打水冷卻措施，事態得以控制。9月份高爐檢修13天，于23日復風恢復爐況，28日中班將富氧增加到6000Nm3/h，29日下午18時36分高爐6、7段冷卻壁及其周圍爐殼（北側）發紅并燒穿，大量煤氣噴出，高爐緊急休風處理。此次無計劃休風13小時對該部位進行了灌漿和焊補處理。事后分析認為6、7段冷卻壁及爐殼燒穿的主要原因為：一是高爐突然增加富氧而前期準備工作不充分。尤其是對提高富氧冶煉可能存在的問題認識不足，且上次爐殼已經出現發紅現象未引起高度重視，相應措施未跟上，如強化點檢和水溫差控制等工作相對不足是造成此次事故的重要原因之一。二是高爐檢修計劃不周祥。檢修項目未考慮到增加富氧后高爐的適應能力，沒有及時對爐腰、爐腹等受高溫渣鐵、氣流侵蝕嚴重的部位進行灌漿維護。三是選擇提高冶強的時機不準確。高爐在經過長期封爐復風后，爐況恢

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