风电场继电保护配置及安全自动装置设计

风电场继电保护配置及安全自动装置设计

摘要：根据工程实例阐述了风电场继电保护配置及安全自动装置配置，列举了部分继电保护配置整定计算，灵敏度计算，确保风电场短路故障时继电保护装置可靠动作。

关键词：风电场，继电保护，重合闸，故障录波，灵敏度

1、引言

继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要组成部分，随着我国的建设风电场项目规模越来越大，风电场对系统稳定的影响越明显，故风电场风电机组的保护及升压站继电保护配置整定尤为重要，应该考虑风电短路电流的影响。下面通过工程实例说明风电场升压站内主要继电保护配置及整定、安全自动装置的配置方式。

工程实例：此风电场为新建工程，建设规模先建设一台50MV A，容量：50/50/15MV A，终期两台主变。风电场110kV接线均为单母线接线，本期风电场主变变低35kV为单母线接线，本站主变压器110kV中性点采用隔离开关直接接地方式。变压器中性点接地方式可以选择不接地或直接接地，以满足系统不同的运行方式。35kV系统采用经小电阻接地方式。380/220V站用电系统采用中性点直接接地方式。

2、风电场继电保护配置

继电保护配置图如下：

（1）母线差动保护配置：高压侧母线差动保护、低压侧母线差动保护

母线故障时电气设备最严重的故障之一，他将使连接在故障母线上的所有元件停电。根据系统稳定的要求及反措的要求，快速切除母线上故障。本设计110kV,35kV母线各配置一套采用了比率制动母线差动保护装置。工作原理([1])为：利用母线内外故障时各回路电流与差电流之间明显的变化规律、用各回路电流绝对值中最大值减去与差电流的绝对值成比例的量作为制动量，以与差电流绝对值成比例的量作为动作量。在内部故障时，差电流的绝对值将大于各回路电流绝对值中的最大值，故制动量为0，具有很高的动作灵敏度，而在外部故障时，差电流绝对值远小于各回路电流绝对值中最大值，故有很大的制动量。

（2）110KV线路保护配置：

光纤差动保护适用于电力系统中短线路的主保护。由于光纤保护比传统的以辅助导线为导引线的纵差保护有明显的优点，特别是解决了辅助导引线的过电压

及地电位升高问题。一般情况下，光纤差动保护应用于15km以内的短线路上(本工程110kV送出线路长度为6km)，不受线路电压等级限制，当和通信共用光缆时，可大大降低造价。主要性能有：交流输入及差动比较功能（差动比较方式为：，通过比较本侧UL与对侧UG的幅值和相位，即可判别故障时发生在区内还是在区外），选相及辅助选相功能，调制及解调，远方跳闸（不做直接跳闸用，而仅当系统发生故障需要远方发命令使对侧出口跳闸是有效），通道监视及动作起动元件。线路保护配置需要满足“四统一”标准([1])。

基于以上，本风电场110kV出线1回，装设1套微机光纤差动保护成套装置。微机保护装置以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由三段相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护构成的全套后备保护。光纤差动保护采用专用光纤通道。

（3）变压器保护配置：

本风电场升压站主变压器保护按主后方式配置，主保护与后备保护两套保护的交流电流分别取自电流互感器的互相独立的绕组。主保护由一套微机型差动保护与1套本体非电量保护构成，保护主变压器内部及套管相间故障、接地故障、匝间故障。差动保护瞬时动作跳主变各侧断路器，本体非电量保护根据主变性能及安全要求跳闸或发信号。

A、110kV侧后备保护

1) 复合电压闭锁过流保护：保护为两段式，第一段带方向（方向可按运行要求整定），设1个时限跳开本侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开各侧断路器。

2) 零序过流保护：保护为两段式，第一段带方向（方向可按运行要求整定），设1个时限跳开本侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开各侧断路器。

3) 按长延时整定的过流保护：作为各种故障的最后一道防线，保护动作跳开各侧断路器。

4) 中性点间隙零序过流保护：保护动作延时跳开各侧断路器。

5) 中性点零序过压保护：保护动作延时跳开各侧断路器。

6) 非全相保护：电流判别元件接于三相CT组成的零序回路中，保护动作延时跳开110kV侧断路器。

7) 过负荷保护: 保护为单相式延时动作于发信号。

B、35kV侧后备保护

1) 复合电压闭锁过流保护：设3个时限，第一时限跳开分段断路器，第二时限跳开本侧断路器，第三时限跳开各侧断路器。

2)按长延时整定的过流保护：作为各种故障的最后一道防线，保护动作跳开各侧断路器。

3) 过负荷保护: 保护为单相式延时动作于发信号。

（4）其他保护配置

35kV线路保护装设微机型时限电流速断、过流保护；

35kV站用变保护具有电流速断、过电流和低压侧的零序过流保护，绕组温度高非电量保护，这些保护作为变压器内部、外部故障时的保护。

10kV动态无功补偿配电装置主回路装设微机型时限电流速断、过流保护。配置无功补偿装置本体保护。

3、继电保护的整定计算[1]

（1）、母线保护的整定计算

A、起动元件和选择元件的动作电流按下列整定，取较大的一个：

按躲过外部发生故障时的最大不平衡电流来整定：

式中：Idz.j—流过速保护变流器一次线圈使保护装置动作的电流；

Kk—可靠系数，取1.5；

Ibp.max—外部发生故障时的最大不平衡电流。

ID.max—外部发生故障时流过计算元件电流互感器的最大短路电流（周期量）；

nLH—电流互感器变比。

按躲过二次回路断线故障来整定：

式中：Ifh.max—母线上任一连接元件最大的负荷电流；

Kk—可靠系数，取1.2；

B、断线闭锁元件动作电流按躲过正常运行时的最大不平衡电流整定：

Kk—可靠系数，取1.5；；

Kk—返回系数，取0.8~0.85；

Ibp.max—正常运行时流过计算元件的最大不平衡电流。

C、保护装置灵敏度的校验：

Id.min—系统最小运行方式下母线发生故障时短路电流；

（2）、主变保护的整定计算

按躲过变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时励磁涌流来整定：

式中：Kk—可靠系数，取1.3；

Ie—变压器的额定电流。

按躲过变压器外部短路时最大不平衡电流来整定：

式中：Kk—可靠系数，取1.3；

Ibp—不平衡电流。

按躲过电流互感器二次回路断线时最大负荷电流来整定：Idz=1.3Ifh.max 式中：Ifh.max—正常运行时变压器的最大负荷电流；

取上述三个条件的最大值计算。

C、保护装置灵敏度的校验：