大規模風電接入對繼電保護的影響

焦宗科

摘 要：電能是社會經濟發展的重要能源形式，傳統能源轉化為電能給環境帶來嚴重危害，發展清潔性能源成為當前的首要任務。風能發電已得到廣泛關注，但風電接入對電網的安全運行會產生一定影響，需要采取積極的應對措施。本文將從繼電保護角度出發，對風電接入帶來的影響進行分析。

關鍵詞：風電場；繼電保護；單相接地；并網

現代工業飛速發展，給傳統石化能源帶來了沉重的壓力，而傳統能源的消耗還引發了環境問題，這就促使社會各界開始加大綠色能源的研發和應用力度。風電是一種可再生清潔能源，但風力發電具有間歇性、隨機性和地域性，其不可控性較高，風電在電網中所占比例越大，對電網的影響就越明顯，大規模風電接入對電網繼電保護的影響由此得到了人們的廣泛關注，這也是本文研究的主要內容。

1 風電接入對繼電保護的影響

1.1 不接地系統 當前風電場多采用不接地系統，該系統能單項接地運行1-2h，比較適合應用于架空電流，但對于架空電流和電纜混合系統的適用性并不高。電流選線出現錯誤概率問題也是較為普遍的，若工作人員無法及時發現安全隱患，對其進行處理，就可能使故障進一步擴大，引發安全事故。小電流選線裝置失誤、裝置動力率不足是較為常見的問題，且故障出現時僅表現微小電流，給工作人員的故障排查帶來很大難度。

1.2 主網繼電保護裝置故障 主網繼電保護裝置較為完善，出現故障概率較小；若出現故障時，需要采取適時的解決對策。一般步驟如下：先對故障性質以及故障距離進行分析，然后借助分析結果盡快排除故障。若故障持續時間達到0.1s以上，就會對風電場帶來二次損害。值得注意的是，前后兩次的電流故障是不相同的，其中風電機組出現的短路特性與風機出力大小密切相關。

1.3 常規保護工作需改進 在常規保護工作中，縱差性能是需要注意的重要因素。風電并網后，增大了電網的波動性；多種電力元件的使用導致其運行方式也發生了一定改變，這就在很大程度上會降低原有的靈敏度。為預防靈敏度降低對電網的影響，相關人員開始研發新的保護原理，希望能降低與運行方式之間的關聯度。風電并網具有弱饋特點，原有的分析方法無法對其進行準確分析，故障元件以及故障距離的判斷也就失去了可靠性。加強常規保護工作方面的研究，十分迫切。

1.4 兩側保護方面 風電接入繼電保護后，還會對兩側保護產生一定影響，使隔離系統出現側短路限流。風電機組穩定性降低，會產生解列，解列時間受負荷大小等因素的影響。當風電場輸入電流時，斷路器會在短路電流的作用下出現關閉現象，這時應立即停止短路電流輸送，否則會對設備造成嚴重影響。

2 風電接入后應采取的保護措施

為保障大規模風電接入后電網運行的安全性和穩定性，電力部門應從規劃、設計、建設、運行和維護多個方面進行綜合考慮，合理選擇輸電方式和保護配置，做好第一道防線，確保電網系統的安全運行。具體可采取的措施如下：

2.1 加大并網電路重合閘的研究力度 根據電源特點和輸電網保護配置相關內容可知，并網線路的重合閘對風電機組具有重要影響，加強對此項工作的研究力度具有實際意義。風電場并網專用220kV或110kV線路若出現接地故障，就需要根據故障性質采取不同的措施。當出現單相瞬時接地故障時，若并網點電壓低于20%，則繼電保護裝置能快速切除故障，機組全部跳閘，若恢復電網，風電就會全部脫網；若并網點電壓高于20%，機組仍保持運行狀態，電網恢復后，風電仍處于并網運行狀態。單項永久性接地故障發生時，會出現多種情況，但所有情況重合閘均動作不成功，需要根據實際情況采取對應解決措施。由此可見，故障位置、故障電阻具有很強的不確定性，導致并網點的故障電壓出現差異，電壓小于20%的額定電壓，則風電機組即使具有LVRT（低電壓穿越）功能，也會全部跳閘。我國大規模風電接入超高壓電網，可提出實用的故障穿越要求，使用兩次以上的零電壓穿越，持續時間控制在100ms以內；對風機的考驗要求比20%的額定電壓持續時間短（635s）。

2.2 風電場保護裝置分析 風電場35kV極點系統中性點接地方式對風電場的安全運行影響較大。風電功率密度較低，風力發電功率較低，一般為額定功率的10%-40%左右，遠小于正常使用電壓，對用電客戶、風場和電網的影響較小。配電系統與用戶供電聯系較為密切，一旦出現故障就會造成用戶停電，需要對集電系統的故障進行快速處理，防止故障進一步擴大。處理方式為研究并選擇新的集電系統接地方式和繼電保護配置，風電場集電系統可采用電阻接地方式，配置單相接地故障保護裝置；若風電場已經投入運行，可采用不接地或經消弧線圈接地方式的風電場集電系統，配置具有自動跳閘功能的小電流接地選線裝置，一旦單項接地后，快速消除故障，若無法消除，則應跳開主變低壓側開關隔離故障。

2.3 做好兩側保護措施 在兩側光差保護投入運行之前，可在兩側設置保護聯跳措施，當風電短路電流接入繼電保護系統中時，聯跳裝置會采取保護措施，阻止電流進入，有效避免短路電流對繼電保護的影響。

2.4 做好風電并網系統的運維管理 風電及其并網的運行維護、事故數據收集和分析工作對提升電網運行效率具有積極推動作用。風電場控制室配有完善的監控系統，配套的監測裝置能夠記錄事故過程中的電氣故障信息，如電氣量數據、保護、開關等動作信息；升壓站母線、出現電壓、電流波形及數據、無功補償裝置的控制事件，自動調整功能投退記錄等，這些事故數據的積累、分析和挖掘能對繼電保護裝置的設計和改進提供參考，提升風電接入系統后繼電保護運行的可靠性。

3 結束語

近年來，我國加大了對風電能源的研發和應用力度，這對解決能源、環境、經濟之間的矛盾具有積極意義。同時，我們也應該注意到，大規模的風電接入對電網運行的影響是巨大的，繼電保護裝置作為電網安全運行的有效保障，同樣也會受到影響，這就需要風電單位積極采取保護措施，確保電網運行的安全性和可靠性，為實現我國低碳經濟奠定良好基礎。

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