浅析风电场的系统接入与继电保护配置

浅析风电场的系统接入与继电保护配置

1、一次系统接入情况：

江苏龙源风力发电有限公司如东环港外滩风电场全部工程完工后，将有40台1.5MW的风力发电机组并网发电，合计装机容量达60MW。该风力发电机的额定电压为690V，每台发电机配有一台35/0.69kV箱变（2.0MV A），6～9组发电机组接于一条35kV汇流线路，合计5条35kV线路均接于110kV龙环变电所35kV母线，经龙环变＃1主变（50MV A）～110kV洋环731线上220kV洋口变电所110kV母线，并入电网（见下图）。

2、继电保护及安全自动装置配置情况：

（1）110kV洋环731线两侧均配备了PSL-621D微机型线路保护装置。该保护装置有光纤分相电流差动保护、三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、四段式方向零序电流保护及自动重合闸等。

（2）110kV龙环变电所＃1主变配备有DSA2323差动保护、DSA2326高压侧后备保护（复压过流保护、零序过流保护、间隙过压及间隙过流保护等）、DSA2324低压侧后备保护（复压过流保护）。

（3）110kV龙环变电所配备有SSD-540C电网解列保护装置。该装置具有高频解列、低频解列、高压解列、低压解列及失步解列功能，动作后跳龙环变环洋731开关。

（4）110kV龙环变电所还配备了i1000型故障录波器装置。

（5）龙环变电所35kV龙环1线～龙环5线均配备了RCS-9625C微机型线路保护装置（其保护定值由龙源公司自行整定）。

3、关于继电保护及安全自动装置配置及整定方面的几点说明：

（1）风力发电机短路电流的计算：

该风电场40台GE-1500sel风力发电机组为双馈异步发电机。所谓双馈，系指该风力发电机在正常发电时，其定子绕组和转子绕组均向电网输出功率，其中大部分出力由定子绕组馈出，小部分出力则由转子绕组馈出。当风速变化导致风

机定子绕组中感应电动势的频率偏离电网同步频率（50Hz）时，风机测速装置会立即将相关变化值反馈给风机自动控制系统，该控制系统将控制调节转子旋转磁场的转速至同步转速，定子绕组中的感应电动势的频率也恢复到同步频率（50Hz）。当风机转速达到同步转速时，转子电流的频率为零，即转子电流为直流电流。这已与普通同步发电机相类似。

根据龙源公司提供的资料，该异步发电机次暂态电抗xd’’为19.91%，近似等于20％。由此，按照同步发电机短路电流计算公式（由前面的介绍可知，该异步发电机的运行状态接近于同步发电机），当系统某点发生三相短路故障的初瞬间，发电机馈送的短路电流为：

(式1)

其中，E’’为发电机次暂态电势，Zk为发电机出口至短路点的计算阻抗。

利用上面的公式求得的短路电流仅在短路的初瞬间有效，此后，因短路造成的系统电压下降引起发电机励磁电流下降从而造成其感应电势下降，直接导致发电机馈送的短路电流随时间急剧衰减。但龙源公司一直无法提供短路电流的衰减曲线，故目前无法对t>0时刻的短路电流进行计算。

（2）110kV洋环731线保护配置及整定原则：

如上所述，110kV洋环731线两侧均配备了PSL-621D微机型线路保护装置。

1）洋口侧：

光纤分相电流差动保护启用。

后备保护按线路－变压器组原则整定，其中，瞬时段（相间距离1段、接地距离1段及方向零序电流1段）按躲过龙环＃1主变低压侧故障考虑，其保护范围均伸出线路末端，即具有全线足够灵敏度。就是说，当洋环线任一点发生故障时，洋环线洋口侧的主保护（光纤分相电流差动保护）及后备保护（距离及方向零序电流保护）均可瞬时动作并跳开本侧开关。

距离3段保护可以作为龙环＃1主变的远后备保护（灵敏度足够）。

本侧重合闸启用（无压鉴定方式）。

2）龙环侧：

光纤分相电流差动保护启用。

后备保护中的瞬时段（相间距离1段、接地距离1段及方向零序电流1段）按躲过线路末端故障整定。

后备保护中的延时段：一方面要与洋口变其它110kV出线相关保护段配合，以避免相邻元件故障时越跳；另一方面又要保证对本线及相邻元件具有足够灵敏度。需要说明的是，尽管对风力发电机的短路电流特性不十分清楚，但由于知道其次暂态电抗，故短路初瞬间的计算结果还是可信的。此后，由于短路电流随着时间衰减，且其衰减特性不详，故对延时段保护而言，灵敏度校核结果并不真实可靠（本线故障时，本侧保护可能无法动作）；不过，本侧保护与相邻元件保护的配合性反而更加可靠（相邻元件故障时，本侧保护不会误动）。

本侧重合闸停用（风力发电机为异步电机，与系统解列后即失去同步进而跳机，同期合闸的几率为零）。

3）远跳回路的使用：

必要性分析：由前面对洋环731线龙环侧保护整定情况的介绍可知，该侧保护整定原则的要点是避免相邻元件故障时误动，但受风力发电机短路电流衰减特性的影响，其保护本线故障的灵敏度较差，存在拒动的可能性。为可靠切除故障，有必要增加远跳回路。

可行性分析：由前面对洋环731线洋口侧保护整定情况的介绍可知，该侧保护的主保护及后备保护瞬时段均具有全线足够灵敏度，可瞬时动作于洋环线任一点故障。就PSL621D保护装置而言，具备远跳功能，洋环线OPGW 光缆则提供了传输远跳信号的通道。因此，远跳回路的启用是可行的。

远跳回路的实施方案：

在洋口变110kV洋环731开关PSL621D保护屏增加两个压板；利用621D 保护装置的一付备用跳闸出口接点经压板将24伏正电引入保护装置CPU3的远跳开入端子（1n6x4）；为快速切除断路器与流变之间发生的故障，利用110kV 母差保护跳洋环线的一付备用出口跳闸接点经压板引入该远跳开入端子（注意，在母差屏也应加装一个压板）。

龙环侧环洋线保护装置接线无需变动。但需注意，该侧线路差动保护装置控制字应设定为“远跳不经本侧启动控制”。

洋口变旁路开关配备的是PSL621C保护装置，无光纤保护。当洋口变110kV旁路开关替代洋环线时，洋环线两侧光纤分相电流差动保护停用，远跳回路也随之停用。此时，若洋环线故障，如龙环侧线路保护因灵敏度不够而未动作，由风电发电机自备保护动作解列（龙源公司承诺，此种情况对风机不会造成损坏）。

（3）龙环变电所＃1主变保护配置及整定原则：

如前所述，＃1主变配备有DSA2323差动保护、DSA2326高压侧后备保护