【摘要】經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，風(fēng)電發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行，容量逐年增加，對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量也產(chǎn)生的較大的影響。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電容量所占份額的不斷加大，向系統(tǒng)的提供的短路電流也隨之不斷的增加，風(fēng)電場繼電保護(hù)的配置就顯得尤為重要。本文從風(fēng)電場接入電網(wǎng)系統(tǒng)對繼電保護(hù)的影響出發(fā)，探討風(fēng)電場繼電保護(hù)合理配置的問題.

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場；電網(wǎng)系統(tǒng)；繼電保護(hù)；零序電流保護(hù)

我國的風(fēng)能資源比較集中化，風(fēng)電場在電網(wǎng)系統(tǒng)中接入多采用集中接入的方式，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，風(fēng)電場的規(guī)模不斷擴(kuò)大，容量不斷增加，風(fēng)電系統(tǒng)的集中接入對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。一直以來，在電力行業(yè)中，風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)特性都是行業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的重點(diǎn)問題。在電力系統(tǒng)中，風(fēng)電容量所占份額的不斷增加，相應(yīng)的向整個(gè)系統(tǒng)提供的短路電路也在不斷的增加。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)有故障發(fā)生時(shí)，風(fēng)電場提供的短路電流會明顯增加大過電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流，因此，在電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的過程中，要對風(fēng)電場繼電保護(hù)的問題給予足夠的重視，合理進(jìn)行繼電保護(hù)的配置。

1、風(fēng)電場典型的繼電保護(hù)配置

圖1為風(fēng)電場機(jī)電保護(hù)配置圖。風(fēng)電場繼電保護(hù)的重點(diǎn)在于：第一，區(qū)域保護(hù)。在風(fēng)電場風(fēng)輪機(jī)塔的底部，也就是圖1中的區(qū)域D，采用690V的斷路器來對下垂的發(fā)電機(jī)和電纜進(jìn)行繼電保護(hù)。從風(fēng)力機(jī)變壓器到風(fēng)輪機(jī)塔塔基柜的690V連接電纜也就是圖1中的區(qū)域C，斷路器做變壓器690V側(cè)電纜保護(hù)。11kV/690V變壓器包括周圍的端部區(qū)域要將變壓器激磁浪涌電流給予充分的考慮，要保證其具有高度的靈敏度。大故障電流利用11kV負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行切除。在風(fēng)電場的低電壓斷，有故障發(fā)生時(shí)會產(chǎn)生較小的故障電流，此時(shí)采用保險(xiǎn)絲切除作用不理想，可采用分?jǐn)嚅_關(guān)執(zhí)行切斷任務(wù)。第二，有限接地故障保護(hù)檢測從低壓繞組和端部區(qū)域到地的漏電流。采用常規(guī)的保護(hù)方式即可對過電流以及常見的接地故障進(jìn)行有效的繼電保護(hù)。第三，當(dāng)風(fēng)電場接入到33kV的電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，沒有主變壓器的設(shè)置，可采用與公用電網(wǎng)在相同容量條件下變壓器的繼電保護(hù)相類似的方式，利用33kV/11kV變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)。在實(shí)際的操作中，因?yàn)?3kV開關(guān)保險(xiǎn)絲不多，因此對于整體范圍內(nèi)的故障電流進(jìn)行全面的保護(hù)是存在一定的難度的，特別是對于低電壓端的單相接地故障的全面保護(hù)來說很難達(dá)到理想的效果，對此，可采用綜合保護(hù)的方法進(jìn)行全面保護(hù)。

2、風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護(hù)的整體影響

2.1對繼電保護(hù)配置方案的影響

從人工短路試驗(yàn)結(jié)合多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來分析，當(dāng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)一旦有故障發(fā)生，在故障切除動作執(zhí)行之前，風(fēng)電場會向系統(tǒng)提供短路電流，電路提供的方式與異步電機(jī)相似，也就是說，電網(wǎng)在接入了風(fēng)電場后對故障切除的主保護(hù)動作具有一定程度上的影響。對于高壓電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線保護(hù)與風(fēng)電場本身內(nèi)部繼電保護(hù)是有區(qū)別的，在高壓電網(wǎng)在繼電保護(hù)上需要充分的考慮到風(fēng)電場接入帶來的影響，將風(fēng)電場視作一個(gè)整體來看待。風(fēng)電場內(nèi)的各個(gè)機(jī)組之間在類型上、空間分布上具有差異性，這對電網(wǎng)的繼電保護(hù)都具有一定程度的影響，必須將其加以考慮。

2.2對電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動裝置的影響

風(fēng)電場的電源在電網(wǎng)中接入以后，升壓變壓器接地直接造成整個(gè)系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)有所改變，降低系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線零序保護(hù)檢測的靈敏度，對自動重合閘的功能和作用的發(fā)揮帶來一定的壓力。隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線發(fā)生跳開動作后風(fēng)機(jī)會直接進(jìn)入到動態(tài)變化運(yùn)行的狀態(tài)，無法對檢同期成功率給予充分的保證，很可能會造成檢同期重合閘重合動作失敗，造成風(fēng)電脫網(wǎng)的故障。風(fēng)電場無法持續(xù)饋出短路電流提供給電網(wǎng)，直接降低了聯(lián)絡(luò)線保護(hù)的性能，保護(hù)裝置誤動或者拒動也就時(shí)有發(fā)生，對此，可專門設(shè)置若饋保護(hù)來提高保護(hù)性能和靈敏度。

3、風(fēng)電場對于電網(wǎng)機(jī)電保護(hù)的具體影響

3.1風(fēng)電場對線路零序電路保護(hù)的影響

參見下圖2，風(fēng)電場機(jī)組的升壓變壓器的接線多采用Yn/△型，當(dāng)有接地故障發(fā)生時(shí)，風(fēng)電場發(fā)電機(jī)組的零序電路保護(hù)要發(fā)生保護(hù)動作，快速跳閘切斷電流。風(fēng)電場繼電保護(hù)要對兩段零序電流進(jìn)行保護(hù)配置時(shí)，零序電流Ⅰ段發(fā)生跳閘保護(hù)動作，用于故障切除，零序電流Ⅱ段發(fā)生保護(hù)動作用于故障的報(bào)警。零序電流定值的整定可參考單零序基波電流，延時(shí)整定可設(shè)定為較短。

風(fēng)電場在電網(wǎng)系統(tǒng)中的接入會降低零序電流保護(hù)的靈敏度。如果風(fēng)電場處于零發(fā)狀態(tài)，零序電流保護(hù)的靈敏度不受風(fēng)電場的影響，但是如果風(fēng)電場處于滿發(fā)的狀態(tài)時(shí)，零序電流保護(hù)的靈敏度受到影響最大，會出現(xiàn)顯著的下降。特別是在風(fēng)電場的支路，與風(fēng)電場線路的距離越近，零序電路保護(hù)的靈敏度變化的幅度越大。

3.2風(fēng)電場對線路距離保護(hù)的影響

風(fēng)電場接入電網(wǎng)后線路距離保護(hù)的影響受多方面因素的影響，要保證距離保護(hù)的正常運(yùn)行，就必須從以下幾方面著手，合理配置繼電保護(hù)。第一，對于啟動元件的保護(hù)配置，啟動元件的運(yùn)行保護(hù)包括保護(hù)起動判定和靜穩(wěn)條件破壞的判定。第二，對于距離元件，風(fēng)電場線路的每段的相間距離和接地距離都是各種獨(dú)立的，距離元件的功能和任務(wù)在于對保護(hù)裝置與故障點(diǎn)之間的距離進(jìn)行監(jiān)測和計(jì)算。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，首先對故障的對稱性進(jìn)行判定，根據(jù)判定結(jié)構(gòu)開放距離保護(hù)功能。

3.3風(fēng)電場對線路重合閘的影響運(yùn)行

電網(wǎng)配電系統(tǒng)多為單電源輻射式配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)風(fēng)電場接入到電網(wǎng)系統(tǒng)后，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡p端或者多端有源網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)的電網(wǎng)中原有的單側(cè)電源供電線路會配套的轉(zhuǎn)換為雙側(cè)電源供電。一旦配電網(wǎng)絡(luò)線路兩側(cè)的短路器發(fā)現(xiàn)故障執(zhí)行斷開動作后，風(fēng)電場就會進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)，直接對重合閘的動作方式和時(shí)限造成影響。并網(wǎng)后的電網(wǎng)系統(tǒng)，線路采用雙側(cè)電源供電，當(dāng)線路上有故障點(diǎn)存在是，重合閘發(fā)生保護(hù)跳閘動作，這時(shí)就要對電源的同步性以及非同步是否允許的問題加以考慮。線路為雙側(cè)電源供電，在電網(wǎng)系統(tǒng)的一側(cè)的重合閘普遍為檢線路無壓式，而在風(fēng)電場一側(cè)，重合閘的方式有多種，需要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。如果風(fēng)電場與電力系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)并列的方式，重合閘的方式必須經(jīng)過嚴(yán)格的檢測，確定兩側(cè)電源的同步性的情況下從能夠合閘，一般可采用線路一側(cè)檢線路無電壓而對側(cè)采用檢同步的重合閘方式；當(dāng)非同步合閘的最大沖擊電流符合要求時(shí)，可在正常運(yùn)行方式下采用不檢查同步的重合閘，而出現(xiàn)其他聯(lián)絡(luò)線均斷開而只有一回線路運(yùn)行時(shí)，將重合閘停用。在單回線路上，當(dāng)兩側(cè)電壓幅值相等，相序相同，頻率相同的情況下，選擇兩側(cè)電壓的相角差在一定范圍內(nèi)時(shí)重合閘。

4、風(fēng)電網(wǎng)并網(wǎng)線路的保護(hù)

現(xiàn)今隨著風(fēng)電場容量的不斷擴(kuò)大，加上風(fēng)電場與電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響，現(xiàn)如今在風(fēng)電網(wǎng)并網(wǎng)線路中，特別是在110kV線路中普遍采用階段式零序電流保護(hù)。零序電流保護(hù)的配置與風(fēng)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的方式息息相關(guān)，而且與風(fēng)電網(wǎng)系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地的數(shù)量也有直接的關(guān)系，數(shù)量的多少直接影響零序電流保護(hù)范圍的大小。在對線路接地故障的反應(yīng)上，接地距離保護(hù)因?yàn)椴皇茱L(fēng)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性而在110kV線路中承擔(dān)主保護(hù)的任務(wù)。方向零序電流保護(hù)在風(fēng)電網(wǎng)線路中多承擔(dān)后備保護(hù)的任務(wù)。

繼電器的動作特性在復(fù)數(shù)阻抗平面上可以是各種形狀的多邊形（參見圖3），繼電器發(fā)生保護(hù)動作的范圍為多邊形以內(nèi)的范圍，多邊形以外的范圍不屬于繼電器保護(hù)的動作區(qū)域。為了保證繼電器的保護(hù)動作的穩(wěn)定性和正確性，在線路出口接地時(shí)可配置過渡電阻。當(dāng)線路內(nèi)有金屬性短路發(fā)生時(shí)，為了保證動作特性能夠有足夠的裕度，經(jīng)試驗(yàn)分析，當(dāng)γ為14°時(shí)為最佳。為了保證線路出口短路明確的方向性，通常采用記憶電壓，即用故障前母線電壓同故障后電流比相，同樣適應(yīng)于重合或手合到故障線情況。

5、結(jié)語

隨著我國電力產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，在我國很多地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場和電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)互通。風(fēng)電場對電網(wǎng)繼電保護(hù)具有很大的影響，對于風(fēng)電場繼電保護(hù)的配置問題給予充分的中，合理的進(jìn)行配置，對于保證電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，促進(jìn)我國電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用。

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