風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

梁 棟，姜嘉強，姚 航

國網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司，吉林 吉林 132000

0 引言

風(fēng)電場具有資源豐富、分布均勻、建設(shè)施工周期短、運行簡單等優(yōu)點，通過引入和應(yīng)用風(fēng)電場，為開發(fā)和利用風(fēng)能清潔能源打下堅實的基礎(chǔ)。電網(wǎng)作為一種常用的供電網(wǎng)絡(luò)，通常呈現(xiàn)出單電源輻射式狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)電壓達(dá)到110 V時，整體負(fù)荷較輕，供電半徑較大，一旦接入風(fēng)電場，會導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生極大的變化，從而增加了對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響程度。因此，分析風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響具有重要意義。

1 風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

風(fēng)電場對110 kV固吉線保護(hù)、西吉變110 kV母線及備自投保護(hù)均會產(chǎn)生直接影響，因此技術(shù)人員需嚴(yán)格按照電網(wǎng)繼電保護(hù)影響分類（見圖1）開展相關(guān)工作[1]。

1.1 故障發(fā)生在電源線路時對線路兩側(cè)保護(hù)的影響

110 kV固吉線路一旦出現(xiàn)故障問題，會出現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)性瞬時動作，導(dǎo)致所有的隔離系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的短路問題，使系統(tǒng)電源與整個線路出現(xiàn)解列現(xiàn)象。風(fēng)電機內(nèi)部容量相對較小，一旦系統(tǒng)電源運行異常，會降低風(fēng)電機組的穩(wěn)定性，使其出現(xiàn)解列現(xiàn)象[2]。此外，當(dāng)110 kV線路在實際運行中出現(xiàn)線路差動保護(hù)功能配置不合理問題，導(dǎo)致西吉變側(cè)出現(xiàn)線路保護(hù)失靈，此時，需要加強對整個電網(wǎng)通道線路配置保護(hù)，以實現(xiàn)對配光差的有效調(diào)整和控制，這樣一來，即使出現(xiàn)變負(fù)荷現(xiàn)象[3]，整個電網(wǎng)通道也不會出現(xiàn)攜帶故障運行現(xiàn)象，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用。

1.2 故障發(fā)生在電源線路時對線路重合閘的影響

當(dāng)風(fēng)電場成功接入電網(wǎng)后，一旦電源線路出現(xiàn)故障問題，會導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象頻繁發(fā)生，那么風(fēng)電的功率和電壓將難以保持穩(wěn)定的狀態(tài)，此時，風(fēng)電場會面臨以下兩種安全威脅：

（1）非同期合閘或重合失敗。一旦失去電網(wǎng)電源的支持，電力孤島無法與電網(wǎng)運行狀態(tài)相協(xié)調(diào)和同步，一旦電源線路出現(xiàn)重合閘動作時，將增加兩者之間的相角差，使得相角差范圍在0～180 ℃。此外，當(dāng)整個電網(wǎng)在不同的時期出現(xiàn)重合現(xiàn)象時[4]，由于受到電流沖擊影響，導(dǎo)致線路保護(hù)出現(xiàn)一系列的誤動作，使整個重合閘喪失自動恢復(fù)故障的功能。

（2）故障點電弧重燃。當(dāng)電網(wǎng)失去系統(tǒng)電源的支持后，故障點會憑借風(fēng)電的支持而自動消除。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)重合閘現(xiàn)象時，電網(wǎng)電源的應(yīng)用和支持下，很容易導(dǎo)致故障電流出現(xiàn)明顯躍變現(xiàn)象，造成所有故障點出現(xiàn)重燃現(xiàn)象[5]，增加了絕緣擊穿風(fēng)險，嚴(yán)重危及人們的人身安全和財產(chǎn)安全。

為了解決以上問題，技術(shù)人員需不斷延長固吉線重合閘所對應(yīng)的時間，確保其重合時間與風(fēng)電機組的運行時間保持一致；需將風(fēng)電場線內(nèi)部電壓設(shè)置為36 kV，確保風(fēng)電機組與電網(wǎng)系統(tǒng)之間始終處于相互隔離的狀態(tài)，從而避免對線路重合閘動作產(chǎn)生不利影響。

1.3 故障發(fā)生在電源線路時對西吉變備用電源自投保護(hù)的影響

一旦110 kV固吉線出現(xiàn)故障問題，那么固吉線會自動執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動作，確保與系統(tǒng)短路電流相互隔離，此時，系統(tǒng)電源運行時間與固吉線整個解列時間保持同步。但是，當(dāng)整個充電環(huán)節(jié)結(jié)束后，斷路器會自動進(jìn)入跳開狀態(tài)，此時，母線無壓設(shè)備出現(xiàn)運行異常問題，導(dǎo)致備自投設(shè)備無法正常運行。為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、安全供電，技術(shù)人員可以從以下幾個方面入手：

（1）不斷提高備自投設(shè)備所對應(yīng)的無壓啟動定值，同時，盡可能縮短固吉線降低到所設(shè)定的啟動定值的時間，當(dāng)固吉線出現(xiàn)線路短路等故障問題時，備自投設(shè)備會執(zhí)行延時動作。

（2）將風(fēng)電聯(lián)絡(luò)線路與風(fēng)電場之間建立起有效的連接，然后，將匯集線路的電壓設(shè)置為35 kV，確保風(fēng)電機組與系統(tǒng)之間始終保持相互隔離狀態(tài)，從而避免對備自投設(shè)備保護(hù)動作的執(zhí)行產(chǎn)生不良的影響。

1.4 故障發(fā)生在電源線路時對聯(lián)絡(luò)變10 kV電容器的影響

西吉變110 kV所對應(yīng)的電容器在對低壓保護(hù)裝置進(jìn)行配置期間，一旦將相關(guān)保護(hù)電壓設(shè)置為50 V，將導(dǎo)致低電壓保護(hù)功能出現(xiàn)嚴(yán)重延遲問題，對聯(lián)絡(luò)變10 kV電容器運行性能產(chǎn)生不良的影響。為了解決這一問題，將電容器燒毀風(fēng)險降到最低，技術(shù)人員需不斷修正、優(yōu)化和完善電容器低電壓保護(hù)功能，使得風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響降至最低，同時需科學(xué)設(shè)置供電線路斷路器的安裝位置，確保電網(wǎng)繼電保護(hù)效果得以有效提升。

2 風(fēng)電場保護(hù)電網(wǎng)繼電的具體措施

2.1 110 kV西吉變側(cè)固吉線保護(hù)聯(lián)跳措施

對于110 kV固吉線而言，在正式投入測光保護(hù)環(huán)節(jié)前，線路故障會徹底切除該線路的保護(hù)動作，導(dǎo)致固吉線無法執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動作。為此，技術(shù)人員需對110 kV固吉線的內(nèi)部保護(hù)功能不斷地修正、優(yōu)化和完善，同時從敷設(shè)電纜設(shè)計、敷設(shè)電纜施工、接線參數(shù)設(shè)置等環(huán)節(jié)出發(fā)，將電網(wǎng)系統(tǒng)運行維護(hù)工作落實到位，從根本上避免為后期維修工作的開展埋下安全隱患。

2.2 西吉變備自投聯(lián)跳措施

將變備自投設(shè)備引入相應(yīng)的頻率后，110 kV固吉線一旦出現(xiàn)故障問題，會導(dǎo)致頻率出現(xiàn)明顯變動現(xiàn)象，為了從根本上解決以上問題，技術(shù)人員需根據(jù)實際頻率變化規(guī)律，對風(fēng)電機組的容量進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)和控制，在此基礎(chǔ)上，還需根據(jù)西吉變當(dāng)前的負(fù)荷水平變化情況，盡可能保持風(fēng)電機組輸出功率的穩(wěn)定性，確保整個設(shè)備能夠穩(wěn)定、可靠、安全運行，從而降低頻率波動風(fēng)險。在確保頻率精確控制的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相應(yīng)的模型，以實現(xiàn)對現(xiàn)場試驗過程的有效模擬，當(dāng)風(fēng)電場出力大小與西吉變負(fù)荷值完全一致時，頻率波動幅度將會降到最低。

2.3 安穩(wěn)裝置聯(lián)跳措施

待風(fēng)電場正式投入使用后，需要借助110 kV西吉變裝置，對固吉線電氣量進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)和控制，同時需確保風(fēng)電場所對應(yīng)的出力值始終保持穩(wěn)定的情況下，將固吉線內(nèi)部電流進(jìn)行置零處理，以確保安穩(wěn)裝置能夠正常執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動作。此外，需將西吉變與風(fēng)電場之間的連線切除，并將安穩(wěn)裝置固定于西吉變附近，以保證兩者之間通信的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。為了最大限度地提高電網(wǎng)繼電保護(hù)效果，需要安穩(wěn)裝置分別接入和應(yīng)用于固吉線電線附件。

3 結(jié)論

文章通過分析風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，得出如下結(jié)論：

（1）風(fēng)電場的使用直接影響聯(lián)絡(luò)變備自投保護(hù)性能，一旦電源線路出現(xiàn)故障問題，設(shè)備無法在第一時間內(nèi)快速進(jìn)入邏輯判斷階段，此時，需要對聯(lián)跳風(fēng)電場進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，確保整個主網(wǎng)能夠安全、可靠供電。

（2）風(fēng)電場的使用直接影響通道整個線路重合閘性能，導(dǎo)致線路在非特殊時期，出現(xiàn)明顯的重合現(xiàn)象，此時，需要對重合閘所對應(yīng)的重合方式進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，盡可能降低對主網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生不良的影響，確保供電功能在最短時間內(nèi)快速恢復(fù)。

（3）風(fēng)電場的使用直接影響聯(lián)絡(luò)變母線性能，一旦母線出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致整個母線出現(xiàn)嚴(yán)重的短路現(xiàn)象，從而降低主網(wǎng)設(shè)備的運行性能。為此，可以采用配置母差保護(hù)的方式，實現(xiàn)對相關(guān)配置的科學(xué)設(shè)置，從而快速解決母線故障問題。