风电接入对继电保护的影响

风电接入对继电保护的影响

发表时间：2019-11-08T15:11:49.070Z 来源：《基层建设》2019年第22期作者：王恒[导读] 摘要：了解风电接入状况下电网配置作用和具体功能，对实行保护的装置进行性能发挥上分析，就接入中的故障效果问题展开影响讨论，就装置内容进行分析时的电压控制效果解读。

国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 221600 摘要：了解风电接入状况下电网配置作用和具体功能，对实行保护的装置进行性能发挥上分析，就接入中的故障效果问题展开影响讨论，就装置内容进行分析时的电压控制效果解读。

关键词：风电接入；继续保护；性能影响；保护装置

一、当前风电场送出电网保护配置

随着并网风电容量的不断增大，系统故障特征更加复杂，其对输电系统继电保护元件带来的影响更加恶劣，尤其是电力系统运行管理部门及继电保护厂家最为关心的 110 kV 送出线路保护和送出变压器保护、330 kV 送出线路保护等当前保护元件的适应性及改进的配置方案亟待解决。

1.110 kV 送出线路保护配置

具有双侧电源的 110 kV 线路保护一般装设一套全线速动保护作为线路的主保护，多采用分相电流差动保护以及零序电流差动保护原理，后备保护装设三段式相间和接地距离保护，并辅以零序电流保护用于切除经过渡电阻接地故障。

2.送出变压器保护配置

风电场送出变压器主保护采用双重化变压器差动保护配置。对于外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护，一般采用过电流保护、复合电压启动的过电流保护或复合电流保护，保护带延时跳开相应的断路器。对于自耦变压器和高、中压均直接接地的三绕组变压器，增设零序方向元件，方向指向各侧母线。

3.330 kV 送出线路保护配置 330 kV（或220 kV）线路保护按加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。主保护采用 2 套交流回路和直流电源彼此独立、可以快速动作切除全线路内各类型故障的全线速动保护，并且对于要求单相重合闸的线路，2 套主保护都应当具有选相功能。主保护主要有纵联电流差动保护、纵联距离保护、纵联方向保护。后备保护采用阶段式相间和接地保护（包括距离保护、零序电流方向保护），允许与相邻线路和变压器的主保护配合，从而简化动作时间的配合整定，同时应能反应线路的各种类型故障。

二、风电接入后继电保护性能分析

风电场由多台风电机组构成，各机组生产的电能通过集电线路汇集，通过风电场送出变压器外送至系统。我国风电场及其送出线的典型的保护配置如图 1 所示。

1.风电机组本体保护和集电线路保护

风电机组本体保护主要为：机组配置电压越限保护、频率越限保护、两段式电流保护及相间不平衡保护，通过跳开风机出口低压侧断路器使机组退出运行；直驱风电机组变流器保护一般配置针对直流侧电容的卸荷电路保护；箱变高压侧配置熔断器作为箱变高压侧的短路保护，低压侧配置过电流断路器，用来保护箱变低压侧至风机出口的短路故障和过载现象。集电线路配置电流速断保护为主保护，过电流保护作为后备保护。风电机组箱变发生故障时应由机组低压侧断路器和熔断器配合将故障切除，集电线路保护作为熔断器的后备保护。经研究发现：箱变高压侧故障时，故障机组本体保护使低压侧断路器动作，退出运行；但附近机组有可能因机端电压低于 0.2 p.u.，低电压保护动作退出运行；而集电线路的短路电流大于其保护 I 段整定值，保护在熔断器熔断前动作，造成该线路上所有风机脱网，所以集电线路与熔断器保护之间存在不协调。当箱变高压侧或集电线路出口发生故障时，非故障集电线路保护 III 段可能会误动切除该线路上的所有风电机组。当故障点靠近集电线路母线时，故障线路与非故障线路的风机机端电压差异不大，均会小于 0.2 p.u.，风机低压保护动作，整个风电场脱网。集电线路发生单相接地短路故障时，最大故障电流均小于其对应电流电路保护 I 段、III 段的整定值，保护拒动，故障无法快速切除，产生的过电压导致相间故障，造成事故扩大化。故针对以上问题提出：集电线路电流保护 III段配置方向元件，避免相邻线路故障时的误动；集电线路配置零序电流保护；集电线路采用电压-电流的反时限自适应电流保护或电流保护 I 段加一小段延时，解决电流保护 I 段与熔断器选择性问题；结合 LVRT 特性修正机组低压保护整定值。

2.送出变压器保护

目前风电场送出变压器上仍使用常规的变压器保护，其原理为双侧或三侧在故障前后电压、电流具有相同的频率，利用电流差动原理判别区内外故障。研究发现 DFIG 在故障期间投入 Crowbar 电路以实现 LVRT，集电线风机侧和风机出口电流频率随故障前工况发生偏移，基于傅里叶工频算法的电流基频相量的幅值按照一定的规律摆动，故基于相量值的差动保护动作电流与制动电流将以多个频率分量大范围波动，无法保证差动保护准确动作。投入 Crowbar 电路后风电场侧频率偏移工频，利用傅里叶工频算法无法准确提取差流中的 2 次谐波，2次谐波分量放大，致使比率差动保护被制动元件闭锁。因此，常规的电力变压器保护不适用于风电接入系统。

3.风电场送出线路保护

我国的风电多采用超高压远距离送出。送出线路保护仍然采用常规输电线路保护配置，配备纵联保护为主保护，不考虑风电特点。由于线路中的能源情况不同导致其整体性能差异，根据保护动作的出现和问题进行磁场内探究，明确地域中的风电接入不同状态条件与磁场特性发挥，进行较为可靠的文献情况了解和误动作探究，就电压变化下的不稳定状态进行电流控制下重点研究，明确电网配置中的电流运作方式和线路动态趋势进行阻抗了解，明确变频控制条件进行精准作用下内容了解，就保护中的效应情况进行风机转速、频量提取上对你，就电流、电压作用下的比较数值和相应位置进行问题确定。就短路出现的作用形式进行电磁场内极性方向判断，就动势大小进行频率控制中机组感应明确，对电场实行的交流电进行频量中测试，就故障中的具体变化进行电源作用下线路保护明确。通过对线路中的电源内容进行极性和电压上了解，对出现短路时的装置作用进行正负序阻的标准明确，就元件中通过的具体流量情况来判定线路中故障出现位置与机制，根据出现的指标变量和方向作用进行动作确认，就元件特性进行系统内的大量装置保护检修，明确线路保护应当重视的细节和系统涉及到动势问题。

三、风电接入对配电网继电保护的影响

明确配电时的现场装置和环境中功率情况，就复杂的能量流动情况进行风电接入时配网预算，就上游和下游之间存在的范围保护效应及故障电路情况，进行持续运作中的配网所受影响了解，上游中的故障能通过反向作用将闸线问题和电流问题进行扩大，导致停电能持续的时间等同于故障停止的时间，下游中的故障产生会影响上游情况中的保护位置电流，使电流异常运作导致其不能为下游提供相应保障，线路中的故障能引起连接中的不同片区内故障影响，距离风电场更近的隐患越能引起故障中的实际损失，相较于故障中的主动损失情况其保护误动产生的损失影响则会更大。通过在故障位置进行暂停的能量切换和装置断路，能从元件情况和电气供应等方面实现保护的范围锁定，风电接入能对位置中的保护影响进行方案和内容上确定，就线路途经、容量等细节内容进行相对配置上整合管理，使配电网内所能承载的风电力量持续为保护作用进行持续把关，就其能量问题进行损失情况下的状态应对和元件处理。

结语：了解风电接入时的配置设备和性能要点，就其具体价值进行影响下的具体内容体会，就接入中的线路和变压器进行控制中电流、元件等方面的影响了解，对能量作用下的故障处理方向的继电保护进行了适当谈论。

参考文献：

[1]大规模风电接入对电路继电保护的影响与对策探析[J].陈安庆. 科技创新与应用.2017（10）

[2]大规模风电接入的继电保护问题综述[J].安建辉. 产业与科技论坛.2018（24）

[3]大规模风电接入对继电保护的影响与对策探讨[J].赵峻岭，曹勇，李腾. 电工文摘.2017（01）