大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)的繼電保護(hù)整定綜述

陳福全 李鐵柱

【摘 要】繼電保護(hù)在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以對(duì)故障進(jìn)行可靠識(shí)別，并采取隔離故障的有效措施，使其故障不再蔓延和擴(kuò)大，防止電網(wǎng)運(yùn)行工狀發(fā)生進(jìn)一步的惡化。而整定計(jì)算是繼電保護(hù)的核心，其正確與否將直接關(guān)系到繼電保護(hù)裝置能否可靠動(dòng)作。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展和提高，人們對(duì)電能的需求不斷加大，也對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提升。在這種情況下，風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展為電網(wǎng)運(yùn)行和繼電保護(hù)提出了新的要求。本文筆者通過對(duì)大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)整定相關(guān)問題的三個(gè)層面進(jìn)行了討論，并對(duì)此提出了建設(shè)性的意見。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電 大規(guī)模風(fēng)電接入 繼電保護(hù)

近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)與環(huán)境污染等一系列問題越來越突出，風(fēng)能作為新能源、清潔能源的一個(gè)代表，最近10年間以爆發(fā)式的速度發(fā)展，得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電是一種新型能源開發(fā)技術(shù)，在應(yīng)用和保護(hù)方面，我國相關(guān)電力研究部門都是在逐步探索的過程中。我國的人口基數(shù)大，制造業(yè)發(fā)達(dá)，各大機(jī)械、電子制造廠以及居民的用電量逐年攀升，促使我國風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展。但在風(fēng)電大規(guī)模的引入的過程中，一定會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來各種各樣的問題，大規(guī)模風(fēng)電接入的繼電保護(hù)配置和整定就成為解決以上問題的關(guān)鍵。由此，本文筆者作出如下論述：

1 風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場故障模擬與分析

近幾年，我國風(fēng)力發(fā)電場如雨后春筍一般在我國的東北、華北、華東、西北地區(qū)相繼建立。風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)生和應(yīng)用，其發(fā)展速度非常快，其在電力市場的比重逐年增加。隨著風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模涌入，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和繼電保護(hù)模式提出了更高的要求。對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場進(jìn)行故障分析和模擬是繼電保護(hù)整定的基礎(chǔ)。繼電保護(hù)的新型設(shè)計(jì)原理和整定計(jì)算都與故障模擬、分析息息相關(guān)。何世恩等[1]（2013）以傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)建立了風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場的短路故障模型，對(duì)其短路過程中電磁暫態(tài)過程進(jìn)行了全面描述，這樣就可以利用經(jīng)典的短路電流計(jì)算方法對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場的短路電流進(jìn)行簡化計(jì)算。并根據(jù)故障出現(xiàn)的短路電流衰減特性，作為繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和整定的依據(jù)。風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)已多采用異步發(fā)電機(jī)設(shè)備，這種設(shè)備的更換，說明電流短路的大小和出現(xiàn)的故障特點(diǎn)與傳統(tǒng)問題相比已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行，風(fēng)電場的故障特性與發(fā)電機(jī)的類型，風(fēng)電場的裝機(jī)容量和接入的電壓等級(jí)有關(guān)。

2 風(fēng)電場集電線路與相關(guān)網(wǎng)路的繼電保護(hù)

風(fēng)電場具有電動(dòng)機(jī)的短時(shí)運(yùn)行特性和風(fēng)電機(jī)組的短路電流衰減特點(diǎn)，由此，風(fēng)電場集電線路及其并網(wǎng)設(shè)備保護(hù)一定要將潮流的反向影響作為繼電保護(hù)整定的考慮因素之一。在計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮速斷保護(hù)的方向指向，簡化保護(hù)之間的配合，并對(duì)風(fēng)電場短路電流的饋出問題加以重點(diǎn)考慮。系統(tǒng)故障時(shí)，雖然風(fēng)電場提供瞬時(shí)短路電流很大，但經(jīng)過很短時(shí)間電流的周期分量和非周期分量都衰減為零序，不能提供持續(xù)的短路電流，保護(hù)裝置在運(yùn)行了5個(gè)周波后，對(duì)保護(hù)整定造成的影響可不予考慮，因此限時(shí)速斷保護(hù)和過流保護(hù)方向指向不需考慮。

蘭會(huì)詳[2]（2014）一文中指出風(fēng)電場在與輻射型的配型電網(wǎng)進(jìn)行連接時(shí)，容易造成其母線的下一級(jí)線路傳送電流瞬間加大，使其速斷保護(hù)實(shí)際保護(hù)范圍超過預(yù)想范圍，為了保證保護(hù)裝置的選擇性，就會(huì)造成該級(jí)線路原有速斷保護(hù)范圍縮小甚至沒有保護(hù)范圍。當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，僅僅能夠提供短時(shí)間的故障電流，這種方式使整個(gè)保護(hù)體系失去原有的保護(hù)性能。針對(duì)電網(wǎng)中各個(gè)設(shè)備之間時(shí)間配合，本文筆者認(rèn)為可以采用自適應(yīng)的繼電器，通過這種繼電器可以將各個(gè)設(shè)備之間的整定時(shí)間得以很好的配合，也可以使出現(xiàn)于電網(wǎng)中的某一部分的故障進(jìn)行有效隔離，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場的正常工作和運(yùn)行。

我國目前的大規(guī)模的風(fēng)電基地集電線路都安裝了線路繼電保護(hù)裝置，通過以上論述，風(fēng)力發(fā)電的分布式電源與我國傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，存在非常明顯的差異。本文提到的風(fēng)電場故障具有持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的整體運(yùn)行受制于自然條件的影響。因此，建立新型的電網(wǎng)接入方式和風(fēng)電場保護(hù)配置是實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)整定的關(guān)鍵。

3 大規(guī)模風(fēng)電接入的相關(guān)電網(wǎng)的繼電保護(hù)問題

大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)后，系統(tǒng)的相關(guān)阻抗網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了變化，故障時(shí)風(fēng)電場會(huì)提供瞬時(shí)很大的短路電流，對(duì)電網(wǎng)的電流保護(hù)產(chǎn)生影響，使保護(hù)的靈敏性降低，降低了電場運(yùn)行的穩(wěn)定度，可能導(dǎo)致開關(guān)誤跳和風(fēng)電脫網(wǎng)。由于風(fēng)電場的饋出短路電流能力相對(duì)較差，因此最好的辦法就是設(shè)置專業(yè)的線路差動(dòng)保護(hù)或弱饋保護(hù)系統(tǒng)，以保證線路故障的有效隔離。

李俊鵬[3]（2014）一文對(duì)風(fēng)電場的接入電網(wǎng)的繼電保護(hù)做了深入的研究，發(fā)現(xiàn)常規(guī)的繼電保護(hù)系統(tǒng)很難與當(dāng)前的風(fēng)電的接入模式所匹配。所以風(fēng)電的繼電保護(hù)整定問題需要將整體的電場運(yùn)行模式，運(yùn)行細(xì)節(jié)和各個(gè)風(fēng)電運(yùn)行的器元件都要納入研究和考慮的范疇。風(fēng)電場中的內(nèi)部機(jī)組的空間分布和相互間的時(shí)間匹配合作都要進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置。當(dāng)前對(duì)風(fēng)電場的具體研究，要將風(fēng)電場繼電保護(hù)的相關(guān)等值進(jìn)行深入研究。

同時(shí)合理利用電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置可以有效的簡化保護(hù)整定配合和提高風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場安全性，通過安全自動(dòng)裝置的整定投入，部分保護(hù)裝置整定可以將風(fēng)電場簡化成為負(fù)荷電站，忽略其電源屬性，達(dá)到簡化配合的目的。典型安全自動(dòng)裝置有備自投聯(lián)切、間隙解列、失步解列裝置和低頻低壓解列裝置。

4 結(jié)語

風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場的繼電保護(hù)整定計(jì)算是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程，需充分考慮電網(wǎng)接線方式、繼電保護(hù)配置和風(fēng)電短路故障的特殊性，這些均需在工程可研設(shè)計(jì)階段就加以考慮。本文僅對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場的繼電保護(hù)整定計(jì)算的一般問題進(jìn)行了定性描述，提出了一些自己的看法和建議，供讀者參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]何世恩，姚旭，徐善飛.大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響與對(duì)策[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，12（01）：21-27.

[2]蘭會(huì)詳.大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響與對(duì)策[J].價(jià)值工程，2014，11（34）：63-64.

[3]李俊鵬.云南電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電接入繼電保護(hù)探討[J].云南電力技術(shù)，2014，03（S1）：11-12.