浅析风电场继电保护合理配置

浅析风电场继电保护合理配置

李海

中国水电顾问集团风电张北有限公司 河北省 张家口市 075000

摘 要：随着我国经济的不断发展和进步，电力行业也步入飞速发展的阶段。现如今我国对发电机组投放量不断增加，容量也随之不断扩大。随着容量不断增加的同时，电力质量也出现了很多问题。本文针对风电场继电保护的合理配置进行研究和分析，从继电保护的影响入手，提出了对风电场继电保护的有效措施。

关键词：风电场；继电保护；合理配置

我国幅员辽阔，具有丰富的风力资源，同时还具有集中性的特点，通过电网和风力场集中接入的方式以达到互联互通的目的。如今，风电事业的迅速发展，使电厂的容量和规模也随之扩大，集中接入模式极大影响了电能的产生。如果电网出现短路的故障，风电场就会对电流加以供应，因此在电网建设的过程中，需要对继电保护配置问题予以高度重视。

一、风电场的保护作用分析

（一）风电场对变压器和周边区域以及电缆的保护

在电力系统中，风电场对变压器和电缆等具有维护和保护作用，具体体现在四个方面：第一，在风轮机塔的地面一直安装断路器，断路器可以有效地保护下垂电缆和发电机。第二，一般情况下，使用电缆来衔接风轮机塔的机柜和风力发电机变压器，再利用稳妥丝和断路器来共同制造变压器，还需要维护侧电缆。第三，维护变压器和周边区域。对变压器的激磁浪涌电流问题进行全方面分析和探索。在检测变压器的过程中，如果发生故障问题，需要及时处理。第四，如果在低压端发生故障，电流就会变得比较小，此时如果保险丝不能将其切除，就需要用分段开关进行切断^[1]。

（二）风电场可以有效进行故障保护

相较风电场来说，特别容易受到资源环境的影响。所以在选择风电场的位置时，需要按照实际环境进行选择，最好选择风力充足并且位置空旷的地区。然而，还需要关注风电场的接地保护问题。因为风电场的位置比较空旷的话更容易被雷电袭击，因此，结合这种情况就需要提前做好预防工作，对风电场加以保护^[2]

二、风电场并网对电网继电保护影响和对策

（一）整体影响和对策

风电是具有间隙性的，它和常规电网的保护方式不一样，有风的情况下电网和发电机组是相连的，风速围绕着启动风速变化时会出现机组频繁投切导致接触器受到损伤，为了避免这种情况发生，电子组可以短时间保证电动机运行。在这个过程中假如改变系统潮流的方向，保护装置会发生误动^[3]

在固定转速异步发电机并网运行过程中，如若出现故障，电机的每项电流都会在短时间内发生巨大变化，同时也会出现衰减，直到变为零。普通感应电机采用的都是固定转速风电机，因此绕组不规律初值和定子暂态电抗共同决定感应器电流初值，电流按照定子暂态的变化进行衰减，同时，转子转动速度取决于电流频率。在异步发电机中，励磁单元也不是单独存在的，因为电机的电压下降很明显，假如在发电机运行的过程中出现故障，没有励磁就也能够向电网输送短路电流。电网出现故障时，异步发电机只能提供给其微弱的电流。所以电缆和风机基本上就是两个很大的极限电抗，短路电流不能进行输出^[4]。

短路电流和双馈风机组在并网的过程中存在很大差异，特别是在性能方面，后者在模型中，转子只注重励磁支路。一般情况下故障电流一般由公用电网电源提供，风电场在保护方面的故障在于依照有限的电流去识别故障。

（二）具体影响及对策

1、对继电保护配置方案的影响

目前针对人工短路实验通过不断的研究和创新，有了很多的经验，风电场在接入电网系统后，如果出现了故障，在这种情况下，在切除故障之前，保证风电场会给提供给电力系统短路电流，这种提供方式和异步电机十分相像，简单来说，就是电网在接入风电场之后，一定程度的影响故障切除。风电场内部继电保护和高压电网的联络线保护具有差异性，在继电保护的基础上，同时提前考虑好高压电网对风电场接入问题，把风电场看作是一个整体。另外，因为风电场内部每个机型的空间分布和类型上具有很大区别，从而会一定程度的影响电网的继电保护，所以要进行充分考虑^[5]。

综上所述，风电场在很大程度上对继电保护产生影响，在系统整定和配置的过程中，对风电厂供应的短路电流大小计算时，需要做到以下几个方面的要求：第一，如果系统联络线保护装置动作迅速的话，要充分考虑短路电流对保护装置施加的影响。第二，如果系统联络线保护动作比较缓慢，则不用考虑短路电流对保护装置产生的影响，因为它极高的衰减率会使保护装置在时间上避免了故障的威胁。

2、对电网继电保护和安全自动装置的影响

当电网接入风电场电源之后，升压变压器接地就会给整个系统造成直接的影响，导致零序网络会发生很大的变化，从而会降低系统联络线零序保护监测的灵敏度，同时使自动重合闸的功能和效果无法正常发挥。随着风电场不断扩大规模，系统联络线一旦出现故障，或者出现跳开动作之后会导致风机改变运转状态，就无法确保稳妥丝同期成功率，进而会造成同期重合闸不能完成重合动作，导致出现风电脱离电网的故障。由于风电场无法对短路电流进行持续供给短路电流，然后为电网供给电力，就会大大降低联络线保护的性能，也会出现保护装置拒动和误动的情况。所以要做好维护设置，进而可以提高灵敏程度

^[6]。

3、对线路距离以及线路零序电路保护的影响

在连通电网之后，风电场受到很多方面因素的影响，如果想安全稳定运行距离保护，需要做到以下几点要求：第一，对气动元件安装保护配置。第二，合理配置距离原件实质上是为了计算和监测故障位置和检测之间的距离。假如出现短路故障情况，首先要识别短路故障的对称性。根据结论对距离保护功能加以启动。

4、对零序电路保护的影响

在接地故障产生时，风力发电机组的零序电路会产生保护动作，可以迅速除断电流。风电场机电保护对两段零序电流进行保护配置，零序电流第一段发生跳闸保护动作，用于故障切除，零序电流第二段发生保护动作，用于故障的报警。零序电流定值的整定可借鉴单零序基波电流，可以设定较短的延时整定。

总结语：

伴随我国这几年电力事业的不断进步和发展，大部分地区都实现了风电场和电网系统的互联互通。风电场对继电保护配置产生一定的影响，所以要全面分析风电场对继电保护配置的重要作用，并且高度重视继电保护配置方面的问题，采取合理有效的方法，从而在最大程度上保证电网系统能够合理运行，为风电场稳定运行奠定良好基础，可以进一步促进电力行业的可持续发展。

参考文献：

[1]胥永利.风电场汇集线系统接地方式选择及继电保护配置[J].农村电气化,2019,(2):66-68.

[2]成和祥.基于双馈风机短路特性的风电场集电线路继电保护整定方法研究[J].电力系统保护与控制,2020,48(16):93-99.

[3]狄衡彬,吴兴龙.关于风电场继电保护合理配置问题[J].山东工业技术,2018,(19):154.

[4]李思达.风电场升压站继电保护死区分析及电流互感器优化配置[J].风力发电,2018,000 (002):P.33-37.

[5]黄振伟.福州地区风电场继电保护异常动作实例分析及防范措施[J].科技与创新,2017,(21):130-131.

[6]赵东杰,樊艳芳,王晓飞, 等.不同类型风电场对现有继电保护仿真对比分析[J].电测与仪表,2017,54(2):114-120.