譚志皓

摘??要：近年來，我國科學(xué)技術(shù)的不斷進步為風(fēng)電裝機技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。但是，受諸多因素的影響，在風(fēng)電機組運行的過程中，出現(xiàn)了大規(guī)模風(fēng)機脫網(wǎng)事故，嚴(yán)重影響了發(fā)電機組的正常運行，大大降低了我國風(fēng)電事業(yè)的整體發(fā)展水平，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生了不利的影響。結(jié)合大規(guī)模風(fēng)電的優(yōu)勢及其接線特點、繼電保護配置等，系統(tǒng)地研究了大規(guī)模風(fēng)機脫網(wǎng)事故，分析了風(fēng)電出力、故障地點等不確定性因素的特點和各元件所配繼電保護對發(fā)電機組的影響。同時，總結(jié)了應(yīng)對故障的相關(guān)措施，大大提高了風(fēng)電發(fā)電機組的穩(wěn)定性和安全性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電發(fā)電機組;繼電保護;風(fēng)機脫網(wǎng);風(fēng)電建設(shè)

中圖分類號：TM614??????????????文獻標(biāo)識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.090

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，全國已安裝的風(fēng)電機組近50?000臺，為我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，加快了社會主義基礎(chǔ)建設(shè)的步伐。雖然我國風(fēng)電裝機規(guī)模達到了世界第一，但是，在風(fēng)電建設(shè)和運行過程中，缺乏對重大問題的認(rèn)識，導(dǎo)致風(fēng)電建設(shè)的整體質(zhì)量和水平偏低，出現(xiàn)了許多大規(guī)模脫網(wǎng)事故，使風(fēng)電投資效益大打折扣，嚴(yán)重制約了我國電力事業(yè)的健康發(fā)展。針對風(fēng)電機組對配繼電保護的影響，提出了相關(guān)的應(yīng)對措施，以保證風(fēng)電機組的發(fā)電安全。

1??風(fēng)電接入對繼電保護的影響

1.1??小電流系統(tǒng)故障選線難

多數(shù)35?kV集電系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，單相接地運行時間為1～2?h。這種接地方式需要借鑒配電系統(tǒng)的設(shè)計方案。通常情況下，其適用于接地電流較小的架空線路，如果將其應(yīng)用于架空線路和電纜混合發(fā)電系統(tǒng)，這種接線方式顯然不合理。由于配置的小電流選線裝置選線正確率較低，工作人員很難及時發(fā)現(xiàn)單相接地隱患，導(dǎo)致故障擴大化。為了有效避免故障擴大化，可以通過電流行波等暫態(tài)信號進行故障選線，打破傳統(tǒng)的思想和方案，有效地降低小電流系統(tǒng)故障選線的難度，提高風(fēng)電機組的運行穩(wěn)定性。

1.2??風(fēng)電機組短路

通常情況下，電壓較高的配置運行更加穩(wěn)定。比如，330?kV及以上的主網(wǎng)繼電保護配置比較完善，事故切除率為100%，一旦主網(wǎng)發(fā)生短路事故，風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓會受到故障性質(zhì)和故障點電氣距離的影響。當(dāng)故障持續(xù)時間在0.1?s內(nèi)時，會在1?s的延遲后重合。如圖1所示，風(fēng)電場短路電流和第一次故障有所不同，具備LVRT能力的風(fēng)電機組不一定能穿越第二次沖擊。那么，是否具備LVRT能力、風(fēng)機出力大小、控制策略等與風(fēng)電機組短路特性密切相關(guān)。

圖1??故障穿越示意圖

1.3??波動性能源并網(wǎng)

由于波動性能源并網(wǎng)，大量電力電子元件的運行方式發(fā)生了較大的變化，大大降低了機組和系統(tǒng)的靈敏性，為運行方式的新原理保護研究提出了更高的要求。風(fēng)電并網(wǎng)后，受正負(fù)序不等、弱饋、控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)等多方面的影響，使得原本的故障分類提取、疊加原理等分析方法不再適用于該系統(tǒng)中，需要進一步研究常規(guī)縱聯(lián)方向和距離等。

2??適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電接入的措施

為了確保大規(guī)模風(fēng)電接入的適應(yīng)性和安全性，應(yīng)全面考慮電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行和維護等階段的要求，遵循風(fēng)電場集電系統(tǒng)接線方式和保護配置的原則，全面協(xié)調(diào)，配合風(fēng)電機組保護和配繼電保護，將繼電保護作為大規(guī)模風(fēng)電接入的第一道防線，并予以高度重視。

2.1??增加故障穿越持續(xù)時間

分析了電源特點和輸電網(wǎng)保護配置后發(fā)現(xiàn)，并網(wǎng)線路重合閘對風(fēng)電機組的影響較大，而傳統(tǒng)的重合閘方案已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，需要重新研究出瞬時或永久故障的重合閘新原理。如果電場并網(wǎng)中的330?kV線路發(fā)生故障，假定所帶風(fēng)電場具有LVRT功能，則不同故障及其故障電阻的故障電壓不同。當(dāng)電壓小于20%的額定電壓時，風(fēng)電機組的相關(guān)設(shè)備會全部跳閘。針對我國大規(guī)模風(fēng)電并入超高壓電網(wǎng)的發(fā)展情況，通過多次零電壓的超越，且相鄰2次故障穿越持續(xù)時間應(yīng)小于100?ms。考慮到系統(tǒng)運行的可靠性和持續(xù)的時間，可將其持續(xù)的時間增大至125?ms左右，對風(fēng)機的考驗應(yīng)小于20%的額定電壓的持續(xù)時間為625?ms。

2.2??采用集電系統(tǒng)接地方式

在風(fēng)電場35?kV運行線路中，集電系統(tǒng)的中性點接地方式對風(fēng)電場的安全運行有著重要的影響。風(fēng)電場功率密度相對較低，且風(fēng)電場的發(fā)電出力時間為額定功率的20%左右。比如，在酒泉大型風(fēng)電場中，1條35?kV集電線路的有功潮流往往小于10?MW。這不僅不會對使用用戶造成影響，不會對電網(wǎng)的運行造成影響，還彌補了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中“切除線路、用戶停電”的不足。為了盡可能地避免故障被擴大，在新建的風(fēng)電場中，可以采用集電系統(tǒng)接地方式，配備繼電保護裝置，并在適當(dāng)?shù)奈恢门渲脦в刑l能力的小電流接地選線裝置，以便在單相接地后可以及時切除故障，確保風(fēng)電機組運行的穩(wěn)定性和靈敏性。

2.3??配置完善的監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電場控制室往往配有完善的監(jiān)控系統(tǒng)。風(fēng)電場升壓站和變電站中配置的故障錄波裝置、相量測量裝置和質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)等，可以記錄事故全過程的相關(guān)信息。根據(jù)風(fēng)電場機組的廠家、型號、低電壓穿越功能投退狀態(tài)等，分析事故數(shù)據(jù)，整定、計

算和設(shè)計繼電保護裝置等，大幅提高風(fēng)電接入系統(tǒng)后繼電保護運行的可靠性，進一步研究新型繼電保護原理，這對確保整個系統(tǒng)的安全運行具有重要的意義。

3??總結(jié)

要從全面規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行和維護等方面考慮風(fēng)電場的整體運營，制訂切實可行的實施方案，提高風(fēng)電接入的靈敏性和可靠性。針對風(fēng)電事故的特點，尤其是對繼電保護方面的出現(xiàn)問題，提出應(yīng)對措施，全面協(xié)調(diào)，配合風(fēng)電機組保護和配繼電保護的實際情況，確保風(fēng)電機組的順利運行。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕

Large?Scale?Wind?Effects?on?Relay?Protection?and?Measures

Tan?Zhihao

Abstract：?In?recent?years，?created?favorable?conditions?for?the?continuous?progress?of?science?and?technology?in?China?for?the?development?of?wind?power?installed?technology.?However，?affected?by?many?factors，?in?the?process?of?wind?turbine?operation，?the?emergence?of?large-scale?wind?turbine?off?network?accident，?seriously?affected?the?normal?operation?of?the?generator，?greatly?reducing?China's?wind?power?industry?overall?level?of?development，?produced?a?negative?impact?on?the?development?of?China's?national?economy.?Combined?with?the?large-scale?wind?power?advantage?and?connection?characteristics，?relay?protection?configuration，?a?systematic?study?of?a?massive?fan?off?network?accident，?analyzed?the?characteristics?of?wind?power，?fault?location?uncertainties?and?each?element?with?relay?protection?effect?on?the?generation?unit.?At?the?same?time，?summed?up?the?relevant?measures?to?deal?with?the?fault，?greatly?improving?the?stability?and?security?of?the?wind?power?generator?set.

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