文 | 張惟濤,李洋,韓常有
簡易保護裝置在風電場中的應用
文 | 張惟濤,李洋,韓常有
風力發(fā)電作為新能源的代表,近年來迅速發(fā)展,已在電網(wǎng)占有一席重要位置,現(xiàn)作為電網(wǎng)的重要負荷之一,其穩(wěn)定運行關乎于電網(wǎng)安全。
繼電保護裝置在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或處于異常運行狀態(tài)時能夠迅速、正確地做出反應,從而在保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行中發(fā)揮了非常重要的作用。
綜合保護裝置作為配電設備安全運行的重要方面,由于風電場內保護裝置種類繁多,且價格較高,較難實現(xiàn)各類保護裝置全面進行庫存。如果風電場保護裝置故障,必將導致設備停運等待備件,備件少則幾天多則半月才能到達現(xiàn)場,會引起較多的電量損失;另外,一些運行人員對于復雜的保護原理了解不深,僅知保護報警時,綜保顯示的故障原因,不知其報警及跳閘原理,不便于故障分析和查找。
設計簡單保護裝置目的與意義:
(一)簡易保護裝置的保護作用
本繼電保護試驗箱可在35kV RCS-9611綜合保護裝置(機組集電線路保護)故障,無法起到保護作用時,充當臨時保護,減少因等待備件所產(chǎn)生的損失電量。
(二)培訓教學作用
本繼電保護試驗箱帶有故障電流電壓模擬功能,可加強運行人員對繼電保護原理的學習,進一步提高員工故障分析能力。
臨時繼電保護裝置具備模擬試驗功能,可自調節(jié)輸入電壓或電流,從而模擬故障進行試驗,該裝置還可以模擬保護動作條件及相關機械閉鎖要求,從而提高相關人員的繼電保護技術水平及故障處理分析能力。
在圖1和圖2中:KI代表過流繼電器;KV1代表過壓繼電器;KV2代表欠壓繼電器;KT代表時間繼電器;KM1、KM2是交流中間繼電器,分別代表合閘線圈和分閘線圈;Q是雙極刀閘,代表手車開關工作、試驗位置的判定;SB1、SB2是點動閉合按鈕,分別代表合閘按鈕和分閘按鈕;R1、R2是滑動變阻器、用于調節(jié)電壓與電流;R3、R4、R5是電阻、用于保護線圈,防止線圈長時間帶電燒損。
回路一(圖1)模擬線路進線部分,繼電器模擬電流互感器和電壓互感器判定故障類型,分別屬于過流、過壓及欠壓三種;回路二(圖2)模擬綜保裝置,三種故障均導致合閘回路失電斷開、分閘回路得電導通;模擬回路具有過流延時跳開、過壓瞬時跳開、欠壓瞬時跳開三種保護功能。
Q為手車試驗位置與工作位置的判斷,在Q斷開時,標示手車式開關既不在合位也不在分位,分合閘回路保持原有狀態(tài),不能進行分合閘操作。
正常狀態(tài):
合閘:位置刀閘Q在合位,按下合閘按鈕SB1,合閘線圈KM1得電,合閘回路導通,回路中帶自保持回路,合閘指示燈常亮,同時分閘回路失電,分閘指示燈滅。
分閘:位置刀閘Q在合位,按下分閘按鈕SB2,分閘線圈KM2得電,分閘回路導通,回路中帶自保持回路,分閘指示燈常亮,同時合閘回路失電,合閘指示燈滅。
故障狀態(tài):
當開關處于合閘狀態(tài)時,由于故障KI、KV1、KV2中任意一個繼電器得電,導致回路中相應繼電器的常開觸點閉合,分閘回路導通,分閘線圈KM2得電,常開觸點KM2閉合,分閘回路自保持,同時常閉觸點KM2斷開,合閘自保持回路失電,完成故障跳閘。
臨時繼電保護裝置具備延時過流保護,過電壓、欠壓保護,且可擴展延時保護功能具備集電線路所涉及相關的保護,可在輸變電設備繼電保護裝置出現(xiàn)異?;驘o法起到保護作用時,代替繼電保護裝置起到保護作用,保證設備不失去保護,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
在風電場35kV集電線路上設置相間短路故障,故障后線路電壓、電流變化見圖3。圖中,1-4通道為故障線路所處母線各相電壓及零序電壓,21-24通道為故障線路各相電流及零序電流。
高壓母線相間故障,經(jīng)風電場主變壓器及風電機組箱式變壓器電壓變換后,電壓Ub降幅最大,峰值由正常單相21kV降到10kV,二次值峰值由60V降到20V,B相電流峰值由0A(工頻)增加到3.5kA(頻率約46Hz),故障持續(xù)500ms。
由圖4可看出,過流保護在500ms是動作,切除故障線路,恢復母線正常。
如果故障線路在無保護情況下,不能及時切除會造成電纜絕緣損壞,甚至威脅主變和故障線路所在母線的其他線路及附屬箱變的絕緣,造成事故擴大。
短路電流及動作時限可依據(jù)現(xiàn)場實際情況進行修改設定,保證故障線路快速切除,無故障線路安全穩(wěn)定。
同時可在無故障情況下進行模擬試驗,使用回路一(圖1)中的R1、R2對檢測的電壓、電流進行調節(jié),從而達到保護動作條件,可實現(xiàn)保護原理教學功能及保護精度和靈敏度校驗功能。
通過對臨時繼電保護裝置的設計與制作,參與人員大大提高了自身的動手能力,提高了自主創(chuàng)新和解決問題的能力。試驗箱制作完成后,針對各類保護動作的共同點和不同點,對運行人員進行了系統(tǒng)的培訓,在了解和掌握試驗箱原理的基礎上,動手實操,以試驗箱為點,站內其他保護設備為面,以點帶面,逐步學習。
通過后續(xù)的培訓工作,使運行人員對站內設備保護原理有了更深刻的認識,提高了運行人員對保護動作的原理分析和迅速查找故障點的能力。
(作者單位:神華集團國華(通遼)風電有限公司)