大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響與對(duì)策

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)電能的要求日益增多。當(dāng)前我國出現(xiàn)了嚴(yán)重的電能資源缺乏現(xiàn)象，因此我國采用了風(fēng)力發(fā)電的方式來解決電能緊缺問題。但是隨著大量的風(fēng)電接入，我國的繼電保護(hù)受到一定程度的影響。文章探討了大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響與對(duì)策。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電接入；繼電保護(hù)；電能資源；風(fēng)力發(fā)電；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2016）34-0108-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.053

針對(duì)我國電能資源缺乏問題，風(fēng)力發(fā)電逐漸得到人們的重視，且有效地解決了當(dāng)前的問題。隨著風(fēng)電的大規(guī)模應(yīng)用，一系列問題隨之暴露出來，同時(shí)對(duì)我國的繼電保護(hù)提出了更高的要求。繼電保護(hù)在電力方面具有舉足輕重的作用，因此為了確保電力系統(tǒng)有條不紊地運(yùn)營下去，應(yīng)重視繼電保護(hù)。但是，隨著大規(guī)模的風(fēng)電接入，相應(yīng)的繼電保護(hù)受到了一定程度的影響。故本文首先對(duì)風(fēng)電基地源保護(hù)配置進(jìn)行了探討，其次對(duì)其中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，最后提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

1 風(fēng)電基地繼電保護(hù)配置

1.1 某風(fēng)電接入系統(tǒng)狀況

本文以某風(fēng)電基地為例對(duì)風(fēng)電接入系統(tǒng)狀況進(jìn)行分析。具體如圖1所示：

1.2 風(fēng)電場繼電保護(hù)配置

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組涵蓋著各種繼電保護(hù)裝置類型諸如高頻或者低頻保護(hù)、欠壓或者過壓保護(hù)。保護(hù)裝置會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)針對(duì)故障類型，其會(huì)自動(dòng)做出相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)而切除故障或讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出。

箱式變壓器配置分為高壓和低壓兩種類型。高壓往往會(huì)配置熔斷器，低壓配置電流斷路器。高壓熔斷器具有短路保護(hù)的作用，低壓中的電流短路器起著過載保護(hù)的作用。

1.3 并網(wǎng)線路繼電保護(hù)配置

通過圖1可以看出，并網(wǎng)線路的性質(zhì)是單向線路。該線路由于存在著光纖縱差等原因，因此需對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。一般來說，當(dāng)并網(wǎng)線路中的單線和電壓發(fā)生改變時(shí)，電網(wǎng)就會(huì)對(duì)單升壓有所保護(hù)。

1.4 風(fēng)電短路特性

對(duì)電網(wǎng)的側(cè)故障進(jìn)行研究之后，可以得出，風(fēng)電場側(cè)故障電流和常規(guī)放電機(jī)組的特性存在差異之處。該風(fēng)電基地的機(jī)組依然采用的是鼠籠機(jī)。該機(jī)組的特點(diǎn)是定速和定漿的。從當(dāng)前的情況可以得出，在基地的建設(shè)中，采用鼠籠機(jī)的比例有所降低，而雙饋機(jī)和直驅(qū)機(jī)的比例有所上升，并且應(yīng)用數(shù)量較多的是雙饋機(jī)組。

雙饋機(jī)組能夠借助于變頻器來完成電機(jī)交流的任務(wù)，而變頻器的作用是能夠確保供給，進(jìn)而使容量需求有所降低。發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速使電流的頻率有所變化，進(jìn)而完成恒頻輸出的任務(wù)。一般來說，當(dāng)風(fēng)電出現(xiàn)短路故障時(shí)，其電流也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，同時(shí)在一定規(guī)律的指導(dǎo)下，發(fā)生依次遞減的現(xiàn)象，最終該故障就會(huì)成為穩(wěn)態(tài)短路。而雙饋機(jī)組就能夠?yàn)轱L(fēng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供電流。

1.5 機(jī)電保護(hù)性能分析

借助于上述對(duì)繼電保護(hù)裝置的闡述，可以得出現(xiàn)有的繼電保護(hù)是可以達(dá)到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的目標(biāo)。通過對(duì)當(dāng)前的情況進(jìn)行分析，可以推斷出小電流選線的正確率不太高，一旦小電流選擇的線路出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致在故障發(fā)生的第一時(shí)刻無法有效地完成線路的切除工作。同時(shí)，機(jī)電保護(hù)和風(fēng)電都在一定程度上影響了線路的繼電保護(hù)。風(fēng)電場從零到恒定之間會(huì)出現(xiàn)一定的變化。該變化發(fā)生以后，電流就會(huì)被固定在20%～30%范圍內(nèi)。一旦電流被固定在一定的范圍和風(fēng)電場發(fā)生短路故障時(shí)，電流的獲取量就會(huì)有所降低，導(dǎo)致其靈敏度不高。

2 大規(guī)模風(fēng)電接入中存在的問題

由于大規(guī)模風(fēng)電接入到繼電保護(hù)中，會(huì)出現(xiàn)一定的問題。因此本文對(duì)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，具體如下：

第一，當(dāng)前所有的風(fēng)電場所采用的集電系統(tǒng)大都是不接地的，且?guī)蜗嘟拥氐倪\(yùn)行時(shí)間不能超過2h。借助于配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而獲取了這種接地方式。該接地方式能夠應(yīng)用在電流相對(duì)較小的架空線路，但是架空線路和電纜混合的系統(tǒng)接線方式不太科學(xué)。另外，在所配的小電流裝置選線的正確率不太高，未能有效地對(duì)單相接地隱患有所發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而使故障更加嚴(yán)重。

小電流選線裝置動(dòng)作率低是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。在中性點(diǎn)小電流接地系統(tǒng)中，通常在故障線路中僅有相對(duì)較弱的電流，未能有效地查出是哪一條線路發(fā)生故障，這就給查找和修復(fù)造成一定的難度。

第二，通常主網(wǎng)繼電保護(hù)裝置是相對(duì)完整的，當(dāng)該裝置出現(xiàn)問題時(shí)，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)而解決問題。意思就是，當(dāng)主網(wǎng)繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)問題時(shí)，應(yīng)對(duì)該問題發(fā)生的原因進(jìn)行有效的分析，然后借助于分析的結(jié)果來解決當(dāng)前所出現(xiàn)的問題。若該問題發(fā)生的時(shí)間會(huì)持續(xù)到0.1s時(shí)，就會(huì)給風(fēng)電場帶來非常大的影響。一旦這種情況發(fā)生，就能夠得出這兩次的電流故障是不一樣的，如圖2所示。通過該圖，可以看到風(fēng)電機(jī)組中的短路特性、CROWBAR和風(fēng)機(jī)出力的大小具有較強(qiáng)的聯(lián)系。

在完成一系列的常規(guī)保護(hù)工作時(shí)，應(yīng)注重縱差性能的特點(diǎn)。能源并網(wǎng)往往是具有波動(dòng)性等特點(diǎn)，其會(huì)采用較多的電力元件，同時(shí)該方式會(huì)有所變化。這種現(xiàn)象的發(fā)生使靈敏度有所降低。盡管該現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，但是到目前為止，依然還沒研究出新的原理來對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。風(fēng)電并網(wǎng)的弱饋性，使之前的分析方法都接二連三地被淘汰，且元件的選取受到了影響。故針對(duì)常規(guī)保護(hù)方面的工作，應(yīng)該得到學(xué)者的認(rèn)可和重視。

第三，兩側(cè)保護(hù)在一定程度上有所影響，當(dāng)風(fēng)電接入到繼電保護(hù)的過程中，兩側(cè)保護(hù)在一定程度上都會(huì)受到影響，進(jìn)而使隔離系統(tǒng)發(fā)生側(cè)短路限流的情況。另外，風(fēng)電接入到繼電保護(hù)過程中，會(huì)出現(xiàn)解列現(xiàn)象，解列的時(shí)間和負(fù)荷都會(huì)受到一定程度的影響。當(dāng)風(fēng)電場輸入電流時(shí)，短路電流會(huì)出現(xiàn)跳開現(xiàn)象。這種情況一旦發(fā)生就應(yīng)停止短路電流的輸送。

3 大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的對(duì)策

根據(jù)上述所闡述的影響和問題，本文提出了一些措施，具體如下：

第一，根據(jù)上述可以得出，重合閘是影響大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的重要因素。為了能夠?qū)χ睾祥l進(jìn)行有效的分析，本文對(duì)其瞬時(shí)和永久故障原理進(jìn)行了探究。比如，當(dāng)線路運(yùn)行發(fā)生問題，且假設(shè)風(fēng)電場具有LVRT能力，線路將會(huì)出現(xiàn)不一樣的問題。故障發(fā)生的位置不同，故障電壓就會(huì)存在差異。若電壓小于標(biāo)準(zhǔn)電壓值時(shí)，風(fēng)電機(jī)組就有了LVRT能力，但是跳閘現(xiàn)象仍會(huì)發(fā)生。針對(duì)該種情況，借助于故障穿越來使該問題得到解決。換句話說，大規(guī)模的風(fēng)電接入到繼電保護(hù)時(shí)，應(yīng)完成超過兩次的零電壓穿越。但我們應(yīng)要明白，每次零電壓穿越的時(shí)間不能超過100ms。若是為了達(dá)到該效果，其不能超過125ms，這種做法不僅使風(fēng)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)有所降低，還能夠減少大規(guī)模風(fēng)電在接入繼電保護(hù)的過程中的傷害。

第二，根據(jù)上述的分析可以知道，中性點(diǎn)的接地方式是影響35kV繼電系統(tǒng)的重要因素。通常，風(fēng)電場的功率密度是不太高的，范圍大概控制在10%～40%之間。比如，當(dāng)風(fēng)電場中線路的功率不超過10MW時(shí)，其對(duì)用戶未能造成一定程度的影響，同時(shí)風(fēng)電場和電網(wǎng)的影響也不會(huì)太大。另外，我們應(yīng)該注重配電系統(tǒng)對(duì)供電網(wǎng)的影響。如果將線路切除的話，用戶就不能正常使用電能，故為了降低大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的損害，應(yīng)使用繼電系統(tǒng)故障快速切除的方式來使該問題得到解決。在建設(shè)風(fēng)電場的過程中，應(yīng)將以往的接地方式轉(zhuǎn)換成電阻接地，同時(shí)采取相應(yīng)的措施使故障保護(hù)有所提高。

4 結(jié)語

綜上所述，可以得知大規(guī)模風(fēng)電接入繼電保護(hù)的過程中存在著較多的問題。這些問題的出現(xiàn)及時(shí)地提醒了我們，使我們能夠?qū)Υ笠?guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行更深入的研究，并找出相應(yīng)的問題。因此，本文結(jié)合筆者的親身體會(huì)，首先從風(fēng)電系統(tǒng)接入狀況、風(fēng)電場繼電保護(hù)配置、并網(wǎng)線路繼電保護(hù)配置、風(fēng)電線路特性以及機(jī)電保護(hù)性能五個(gè)方面對(duì)風(fēng)電基地繼電保護(hù)配置進(jìn)行了闡述；其次對(duì)大規(guī)模風(fēng)電接入中存在的問題進(jìn)行分析；最后提出了大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的對(duì)策。本文的研究只是結(jié)合了筆者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響與對(duì)策分析，希望本文的研究不僅能夠給研究該領(lǐng)域的學(xué)者們提供理論上的支撐，還能夠?yàn)樵谄髽I(yè)的人員提供幫助。

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作者簡介：陳海軍（1972-），女，寧夏人，國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司技術(shù)專責(zé)，研究方向：科技信息。

（責(zé)任編輯：王 波）