风电场站内继电保护零序保护整定方案探讨

张欢欢

摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。随着我国新能源技术的不断发展，风电已成为现阶段我国清洁可再生能源的代表，推动了我国环保事业的发展。相较于其他发电措施，风力发电的使用不受地形等因素的影响，仅需安装在风力充足的地带。风力发电因其工期短、见效快等特点，在我国得到了广泛应用，风电输入供电电网中的电能量也逐步提升。风力发电的过程中主要使用大量风轮发电机发电，通过风力发电产生可再生能源以外，也会对电网系统产生影响，表现为风力发电会对电网电能质量与继电保护的影响。本文就风电场站内继电保护零序保护整定方案展开探讨。

关键词：零序电流;风电场;继电保护

引言

经济的发展促进了风电产业的发展进步，风电发电机组投入运行，容量逐年增加，对电力系统的电能质量也产生较大的影响。随着电力系统中风电容量所占份额的不断加大，向系统的提供的短路电流也隨之不断的增加，风电场继电保护的配置就显得尤为重要。

1风电场典型主接线分析

我国东南沿海及丘陵地区风能资源丰富，适宜建设陆上风电场，风电场规模一般在48MW，单台风机单元容量为2MW，风机出口电压为690V，经过就地升压变升压至35kV，通过集电线路，向风电场升压站35kV母线汇集。35kV母线上还接有动态无功补偿装置，电容器组，以实现控制风电场无功功率输出的功能。风电厂的场用变压器电源一路引自35kV母线，一路引自场外10kV施工电源，场用变压器为电厂内各类照明负荷、电动机负荷提供能量来源。风电场的能量在经过35kV母线汇集之后，经过主变压器升压至110kV，最后通过高压线路外送至电网侧变电站。

2风电场并网对电网继电保护的整体影响

2.1对继电保护配置方案的影响

从人工短路试验结合多年的实际工作经验来分析，当风电场接入电网系统后，系统一旦有故障发生，在故障切除动作执行之前，风电场会向系统提供短路电流，电路提供的方式与异步电机相似，也就是说，电网在接入了风电场后对故障切除的主保护动作具有一定程度上的影响。对于高压电网的联络线保护与风电场本身内部继电保护是有区别的，在高压电网在继电保护上需要充分的考虑到风电场接入带来的影响，将风电场视作一个整体来看待。风电场内的各个机组之间在类型上、空间分布上具有差异性，这对电网的继电保护都具有一定程度的影响，必须将其加以考虑。

2.2对电网继电保护和安全自动装置的影响

电网中接通风电场电源和变压器接地之后，系统整个零序网络将会发生变化，系统联络线灵敏性会有所下降，自动重合闸作用和功能不能正常发挥，风电场的规模越来越大，联络线如果跳开，会导致风电机组进入变动状态，检同期成功率无法保障，甚至重合闸重合功能会失效，导致脱网故障。〔3〕在这种情况下，短路电流无法成功馈出，联络线保护功能大大降低，误动或者拒动的情况在保护装置中频繁发生。针对这个问题，为了提升性能和灵敏性，可设置双馈保护。

3风电场站内继电保护零序保护整定方案

3.1集电线零序保护

风电场站内零序保护按照短路电流计算方法获得的零序电流。考虑系统最小运行方式下，集电线最远处具有足够灵敏度。首先确认集电线零序保护定值。这里需要考虑集电线共有线路及电缆和架空线相连接的情况，如果实际条件允许可以实测集电线路的实际零序阻抗用于短路电流计算。目前不同的集电保护装置对于集电线零序配置的不相同，一些保护装置采用了两段保护，一些采用一段保护。在定值设置需要估计集电系统电容电流，避免系统零序电流动作值过小造成保护勿动跳闸，同时要避免定值过大而导致集电线系统产生间歇性弧光接地。

3.2建立电磁暂态仿真模型

现阶段，双馈型风力发电机与永磁直驱机组电力系统发展越来越快，在电力系统中得到广泛应用。因此，继电保护需将其考虑在内。异步发电机组与传统意义上的同步发电机组存在很大的不同。因此，风力发电系统系统的分析与处理需结合其设计原理与功能，建立准确的模型。对风力发电系统的实际情况进行分析，暂态仿真模型可对系统的实际运行进行动态模拟，为风电厂的分析处理提供技术支持。

3.3风电场站内零序电流整定时限配合

零序保护在时限设定时需要考虑集电线路是够在风机接入时增加箱变高压侧断路器。如今一些为了增加集电线的无故障运行小时，减少单台风力机组T接接头以下的短路故障造成整条线路的风力机“陪停”现象。增加了风力机箱变高压侧断路器。低压系统零序保护定值实现将采用三级方式。第一级为箱变高压侧零序保护，需要考虑躲过箱变合闸时励磁涌流引起的零序电流。时限一般从0.1s起。第二级为集电线路零序保护，定值设定时需要考虑与第一级之间的配合。一般增加一个时限级别，或是让第一级有更高灵敏度时限一致。第二级保护中也可设置多个时限提高因线路非金属性接地的灵敏度。第三级保护是低压侧接地变或是变压器低压侧小电阻接地系统零序保护。定值设定时比第二级多出一个时限。如果在站内不设有箱变高压侧断路器，这按照二、三级设定即可。同样也需要考虑箱变合闸时的励磁涌流问题。加入至少0.1秒的延迟。

3.4加强开发集群电线路保护机理

当风电场产生集群电路问题时，将在很大程度上降低集群母线与风电机组的电压。当系统出现故障且故障难以及时解除时，将在很大程度上对风电场的实际运行的可靠性产生影响，进而导致系统大面积脱网。若想及时解除故障，需准确定位故障点，对故障进行隔离处理。结合现阶段掌握的系统信息全面分析，对系统进行不断完善。

3.5风电场站内零序保护动作故障排查

对于风电场站内零序动作后，首先应观察故障录播装置的实际动作逻辑及动作时刻的电流和电压实际波形。对故障原因进行实际分析。逐步确定故障的原因及位置。如果集电线保护设备零序保护动作，结合保护动作记录排查保护动作状况、风机运行状况以及箱变状况，进而对故障点的位置和实际情况进行合理的分析和判断。零序保护首先将故障切除，经由消弧线圈接地，首先查看线路的布置是否正确，其次再接线，最后再查看单相故障转化为三相故障的状况。对风机和箱变运行的故障的排查，需要查看风机监控系统是否发出故障报告，如风机变流器的故障信号，以此作为风机和变速箱故障评定依据。对于直接接地故障，首先通过采用测量绝缘电阻方式检验，测量时，使断路设备与整个系统明显隔离，做好验电工作，检测完成以后再合理放电。对即将拆卸的电缆进行检测时，做好标记，避免因接线错误引发安全事故。对于非直接接地故障，对电缆进行分段检测，一般故障位置基本都是接头处，需要注意电缆分接头的检查，在接地位置做好标记。如果发生越级动作，需要检查各级动作设置的定值是否合理。以及故障位置是否发生在集电线路保护区域之外。如果是低压母线单项接地保护动作的话。进行合理排查消除故障。如果是集电线保护范围之内的故障需要对具体发生原因，逐步排查一次设备、二次设备等具体问题，进行逐一排查。

结语

随着我国经济的不断繁荣发展，人们环保意识逐渐增强，而风力发电可在一定程度上满足社会对清洁能源的需求。但由于风力发电过程中，受到较多不定因素的影响，风力发电系统仍需不断改善，以满足社会对风电系统故障控制的要求。

参考文献

[1]胥永利.风电场汇集线系统接地方式选择及继电保护配置[J].农村电气化，2019（2）：66-68.

[2]狄衡彬，吴兴龙.关于风电场继电保护合理配置问题[J].山东工业技术，2018（19）：154.

[3]王增平，蒋吕兴.规模化风电场的故障特性对保护影响研究[J].电测与仪表，2018，55（4）：9-13+22.

[4]黄元飞.某风电场零序保护误动作原因分析及处理[J].电工技术，2018（2）：52-54.