簡易保護裝置在風電場中的應用

文 | 張惟濤，李洋，韓常有

簡易保護裝置在風電場中的應用

文 | 張惟濤，李洋，韓常有

研究簡易保護裝置的目的與意義

風力發電作為新能源的代表，近年來迅速發展，已在電網占有一席重要位置，現作為電網的重要負荷之一，其穩定運行關乎于電網安全。

繼電保護裝置在電力系統發生故障或處于異常運行狀態時能夠迅速、正確地做出反應，從而在保證電力系統的安全穩定運行中發揮了非常重要的作用。

綜合保護裝置作為配電設備安全運行的重要方面，由于風電場內保護裝置種類繁多，且價格較高，較難實現各類保護裝置全面進行庫存。如果風電場保護裝置故障，必將導致設備停運等待備件，備件少則幾天多則半月才能到達現場，會引起較多的電量損失；另外，一些運行人員對于復雜的保護原理了解不深，僅知保護報警時，綜保顯示的故障原因，不知其報警及跳閘原理，不便于故障分析和查找。

設計簡單保護裝置目的與意義：

（一）簡易保護裝置的保護作用

本繼電保護試驗箱可在35kV RCS－9611綜合保護裝置（機組集電線路保護）故障，無法起到保護作用時，充當臨時保護，減少因等待備件所產生的損失電量。

（二）培訓教學作用

本繼電保護試驗箱帶有故障電流電壓模擬功能，可加強運行人員對繼電保護原理的學習，進一步提高員工故障分析能力。

簡易保護裝置的設計方案及實施情況

臨時繼電保護裝置具備模擬試驗功能，可自調節輸入電壓或電流，從而模擬故障進行試驗，該裝置還可以模擬保護動作條件及相關機械閉鎖要求，從而提高相關人員的繼電保護技術水平及故障處理分析能力。

在圖1和圖2中：KI代表過流繼電器；KV1代表過壓繼電器；KV2代表欠壓繼電器；KT代表時間繼電器；KM1、KM2是交流中間繼電器，分別代表合閘線圈和分閘線圈；Q是雙極刀閘，代表手車開關工作、試驗位置的判定；SB1、SB2是點動閉合按鈕，分別代表合閘按鈕和分閘按鈕；R1、R2是滑動變阻器、用于調節電壓與電流；R3、R4、R5是電阻、用于保護線圈，防止線圈長時間帶電燒損。

回路一（圖1）模擬線路進線部分，繼電器模擬電流互感器和電壓互感器判定故障類型，分別屬于過流、過壓及欠壓三種；回路二（圖2）模擬綜保裝置，三種故障均導致合閘回路失電斷開、分閘回路得電導通；模擬回路具有過流延時跳開、過壓瞬時跳開、欠壓瞬時跳開三種保護功能。

Q為手車試驗位置與工作位置的判斷，在Q斷開時，標示手車式開關既不在合位也不在分位，分合閘回路保持原有狀態，不能進行分合閘操作。

正常狀態：

合閘：位置刀閘Q在合位，按下合閘按鈕SB1，合閘線圈KM1得電，合閘回路導通，回路中帶自保持回路，合閘指示燈常亮，同時分閘回路失電，分閘指示燈滅。

分閘：位置刀閘Q在合位，按下分閘按鈕SB2，分閘線圈KM2得電，分閘回路導通，回路中帶自保持回路，分閘指示燈常亮，同時合閘回路失電，合閘指示燈滅。

故障狀態：

當開關處于合閘狀態時，由于故障KI、KV1、KV2中任意一個繼電器得電，導致回路中相應繼電器的常開觸點閉合，分閘回路導通，分閘線圈KM2得電，常開觸點KM2閉合，分閘回路自保持，同時常閉觸點KM2斷開，合閘自保持回路失電，完成故障跳閘。

簡易保護裝置發揮的實際作用

臨時繼電保護裝置具備延時過流保護，過電壓、欠壓保護，且可擴展延時保護功能具備集電線路所涉及相關的保護，可在輸變電設備繼電保護裝置出現異?；驘o法起到保護作用時，代替繼電保護裝置起到保護作用，保證設備不失去保護，保證電網安全穩定運行。

在風電場35kV集電線路上設置相間短路故障，故障后線路電壓、電流變化見圖3。圖中，1－4通道為故障線路所處母線各相電壓及零序電壓，21－24通道為故障線路各相電流及零序電流。

高壓母線相間故障，經風電場主變壓器及風電機組箱式變壓器電壓變換后，電壓Ub降幅最大，峰值由正常單相21kV降到10kV，二次值峰值由60V降到20V，B相電流峰值由0A（工頻）增加到3.5kA（頻率約46Hz），故障持續500ms。

由圖4可看出，過流保護在500ms是動作，切除故障線路，恢復母線正常。

如果故障線路在無保護情況下，不能及時切除會造成電纜絕緣損壞，甚至威脅主變和故障線路所在母線的其他線路及附屬箱變的絕緣，造成事故擴大。

短路電流及動作時限可依據現場實際情況進行修改設定，保證故障線路快速切除，無故障線路安全穩定。

同時可在無故障情況下進行模擬試驗，使用回路一（圖1）中的R1、R2對檢測的電壓、電流進行調節，從而達到保護動作條件，可實現保護原理教學功能及保護精度和靈敏度校驗功能。

結束語

通過對臨時繼電保護裝置的設計與制作，參與人員大大提高了自身的動手能力，提高了自主創新和解決問題的能力。試驗箱制作完成后，針對各類保護動作的共同點和不同點，對運行人員進行了系統的培訓，在了解和掌握試驗箱原理的基礎上，動手實操，以試驗箱為點，站內其他保護設備為面，以點帶面，逐步學習。

通過后續的培訓工作，使運行人員對站內設備保護原理有了更深刻的認識，提高了運行人員對保護動作的原理分析和迅速查找故障點的能力。

（作者單位：神華集團國華（通遼）風電有限公司）