摘 要：在當(dāng)下不可再生能源不斷被消耗的大背景下，風(fēng)電接入無(wú)疑緩解了電力資源不足的情況，但大規(guī)模風(fēng)電在接入過程中，也會(huì)給繼電保護(hù)帶來(lái)一定影響。由此，文章就大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，并探索相關(guān)解決方法。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模風(fēng)電接入；繼電保護(hù)；影響與對(duì)策

1 我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)存在的問題

我國(guó)目前的風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)以不接地系統(tǒng)為主，可以帶單相接地運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)小時(shí)，這樣的接地方式主要應(yīng)用于架空線路，因?yàn)榧芸站€路接線電流小，并不適用于電纜和架空電路混合系統(tǒng)，所以較容易導(dǎo)致小電流選線裝置動(dòng)作率低，造成選線裝置發(fā)生錯(cuò)誤，如果這樣情況下不能及時(shí)找出故障發(fā)生的位置，有可能導(dǎo)致一系列的安全問題。這樣情況比較常見，一般故障發(fā)生時(shí)只表現(xiàn)微小的電流，對(duì)于相關(guān)技術(shù)人員來(lái)說，找到故障所在有一定的難度。主網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置要完善，如果主網(wǎng)繼電保護(hù)裝置發(fā)生故障，要對(duì)故障性質(zhì)和故障發(fā)生距離進(jìn)行分析，參照分析結(jié)果處理故障問題，若故障持續(xù)的時(shí)間超過了0.1秒，風(fēng)電場(chǎng)將會(huì)再次受到損害，與前次故障不同，此次風(fēng)電機(jī)組短路特性受到風(fēng)機(jī)出力大小的影響。

2 風(fēng)電基地繼電保護(hù)配置分析

2.1 風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)配置

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，主要為高低頻保護(hù)、欠過壓保護(hù)、負(fù)荷保護(hù)、電網(wǎng)故障保護(hù)等，在故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)裝置會(huì)根據(jù)故障性質(zhì)發(fā)出信號(hào)，同時(shí)做出反應(yīng)切除故障，并將故障退出發(fā)電機(jī)組。我們知道，箱式變壓器有兩種類型，即高壓和低壓，兩者配置不相同，高壓通常有熔斷器，低壓則配置電流斷路器。熔斷器能夠在電流短路或過載時(shí)保護(hù)電路，斷路器具有過載和短路保護(hù)作用。

2.2 并網(wǎng)線路繼電保護(hù)配置

就并網(wǎng)線路性質(zhì)而言，其為330千伏線路，且通常是單向線路，在線路兩側(cè)有全線速動(dòng)保護(hù)裝置，通常是光纖縱差、距離保護(hù)、高頻保護(hù)等三種模式負(fù)責(zé)全面保護(hù)，就該系統(tǒng)而言，其配置了相互獨(dú)立的雙套保護(hù)模式，通常情況下，一旦線路中單線、電壓有所變化，電網(wǎng)側(cè)面距離就起到相應(yīng)的保護(hù)作用，同時(shí)其配有性能完善的就地判別裝置、失靈遠(yuǎn)眺裝置等。

2.3 風(fēng)電短路特性

根據(jù)研究電網(wǎng)側(cè)故障的結(jié)果表明，風(fēng)電場(chǎng)側(cè)故障電流不同于常規(guī)風(fēng)電機(jī)組的電流特點(diǎn)，風(fēng)電機(jī)組通常采用鼠籠機(jī)，這種設(shè)備是定速的。隨著基地不斷建設(shè)發(fā)展，鼠籠機(jī)的使用率有所下降，雙饋機(jī)和直驅(qū)機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較多，且雙饋機(jī)應(yīng)用比例偏多，因?yàn)殡p饋機(jī)組可以通過變頻器達(dá)到電機(jī)交流的目的，變頻器能夠通過供給轉(zhuǎn)差功率減小容量需求。我們知道，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不同會(huì)使勵(lì)磁電流頻率不同，而發(fā)電系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)變化的勵(lì)磁電流頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保電流的恒頻輸出。雙饋機(jī)調(diào)節(jié)自身有功無(wú)功的功率是依據(jù)改變勵(lì)磁電流的相位和幅值，在風(fēng)電機(jī)組發(fā)生短路故障時(shí)，相應(yīng)的電流也受到影響，并會(huì)以一定規(guī)律依次衰減，成為穩(wěn)態(tài)短路電流，而雙饋機(jī)組在這種情況下就會(huì)為風(fēng)電機(jī)提供短時(shí)故障電流。由于330千伏變電站的零序阻抗小，因此電網(wǎng)接地短路時(shí)，產(chǎn)生的以零序電流為主的短路電流較大。

3 風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)的影響

3.1 增大電路保護(hù)的難度

目前我國(guó)所使用的不接地集電系統(tǒng)容易造成小電流選線裝置動(dòng)作率低，進(jìn)而使選線裝置發(fā)生故障的幾率增加，若是故障沒有及時(shí)被找到，可能會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。而這些無(wú)疑增大了電路保護(hù)的難度，對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生了一定的限定作用，使繼電保護(hù)的有效性降低。

3.2 加大風(fēng)電脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)

為保證風(fēng)力發(fā)電能夠穩(wěn)定持續(xù)，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)將風(fēng)力電源加入電力系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)，而采取這樣的方式，會(huì)使相對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)在聯(lián)絡(luò)線跳閘后停止工作，導(dǎo)致相對(duì)應(yīng)的聯(lián)絡(luò)線不能自動(dòng)有效合閘，進(jìn)而產(chǎn)生風(fēng)電脫網(wǎng)問題，這樣一來(lái)，就增加了繼電保護(hù)維護(hù)電網(wǎng)的難度，使風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性降低，風(fēng)電脫網(wǎng)概率增加，在導(dǎo)致能源浪費(fèi)的同時(shí)，也增加了電網(wǎng)運(yùn)行的危險(xiǎn)性。

3.3 影響兩側(cè)保護(hù)

在對(duì)大規(guī)模風(fēng)電接入進(jìn)行繼電保護(hù)時(shí)，也會(huì)給兩側(cè)保護(hù)帶來(lái)一定影響，進(jìn)而又造成隔離系統(tǒng)側(cè)發(fā)生短路，從而限制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。我們知道，風(fēng)電組在穩(wěn)定性降低后就會(huì)出現(xiàn)解列情況，而解列時(shí)間受多種因素影響，比如負(fù)荷電流的大小等，電流輸入風(fēng)電場(chǎng)以后，短路電流促使斷路器裝置產(chǎn)生閉關(guān)現(xiàn)象，為防止設(shè)備受到損害，就要及時(shí)停止電流的輸出，因此大規(guī)模風(fēng)電接入可能會(huì)導(dǎo)致故障發(fā)生的可能性增加。

4 解決方法與對(duì)策

4.1 加強(qiáng)對(duì)故障電流波形的研究

繼電保護(hù)裝置的保護(hù)重點(diǎn)是短路電流的衰減特征、短路電流最大值，大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在繼電保護(hù)整定與配合上，其沒有深入考慮繼電保護(hù)的根本原理，通常來(lái)說，對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生較大影響的是故障暫態(tài)的濾波算法和波形特點(diǎn)，這些還關(guān)系到工頻電氣量的計(jì)算結(jié)果，所以，要加強(qiáng)對(duì)故障電流波形的研究，從而做到對(duì)繼電保護(hù)原理的全面分析。

4.2 加大并網(wǎng)電路重合閘的研究力度

如果風(fēng)電場(chǎng)專用的220千伏或者110千伏線路接地出現(xiàn)狀況，要結(jié)合實(shí)際及時(shí)處理，假如發(fā)生單相瞬時(shí)接地，同時(shí)網(wǎng)點(diǎn)上的電壓又不足20%，一般采取機(jī)組全部跳閘的方式進(jìn)行迅速處理，當(dāng)電網(wǎng)上供電恢復(fù)后全部進(jìn)行脫網(wǎng)處理；若是電壓大于20%，機(jī)組依然保持穩(wěn)定運(yùn)行，在電力恢復(fù)后又處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，這樣在出現(xiàn)接地故障時(shí)，表現(xiàn)形式則呈現(xiàn)多樣化態(tài)勢(shì)，如重合閘不能及時(shí)動(dòng)作，要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。因?yàn)楣收系牟淮_定性，所以故障電壓也不相同，電壓未超過額定電壓萬(wàn)分之一時(shí)，也可能全部跳閘。在進(jìn)行大規(guī)模風(fēng)電接入時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的故障穿越要求，控制零電壓穿越并使用兩次以上的時(shí)間，將其掌握在100毫秒內(nèi)，如此操作一般能夠使風(fēng)機(jī)的要求時(shí)間短于20%額定電壓的保持時(shí)間。

4.3 加強(qiáng)自動(dòng)化建設(shè)和風(fēng)電操控管理

根據(jù)電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際情況來(lái)制定風(fēng)電場(chǎng)繼電保護(hù)的方案和時(shí)限，有利于提升繼電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在將風(fēng)電接入電網(wǎng)這一工作過程中，相關(guān)的電網(wǎng)保護(hù)和風(fēng)電場(chǎng)具體的配置整定分別由不同部門負(fù)責(zé)，雖然是獨(dú)立部門，但應(yīng)加強(qiáng)雙方交流溝通，相互配合，在定值問題上進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，以免造成意外脫網(wǎng)故障。另外，對(duì)后備保護(hù)和電網(wǎng)自動(dòng)重合閘的管理工作也要加以重視，確保在緊急情況發(fā)生時(shí)要及時(shí)切斷負(fù)荷，并促進(jìn)各步控制工作之間協(xié)調(diào)性的提升，力爭(zhēng)構(gòu)建一個(gè)完善的繼電保護(hù)體系。

4.4 加強(qiáng)對(duì)集群線路的繼電保護(hù)

一般來(lái)說，風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組無(wú)法持續(xù)提供短路電流，但是，受到模塊影響下短路電流，其波形可能產(chǎn)生一定的變化，這時(shí)，就要對(duì)短路電流進(jìn)行全面分析研究，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并加以排除，同時(shí)，要全面分析整個(gè)電力系統(tǒng)保護(hù)的定值配合與延時(shí)配合問題，因?yàn)榕懦收虾馁M(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越低，所以必須及時(shí)處理故障問題，對(duì)故障特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，并不斷開發(fā)和完善集群線路和相關(guān)的繼電保護(hù)方案。

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作者簡(jiǎn)介：王磊（1976-），男，畢業(yè)于東北電力學(xué)院，現(xiàn)就職于大唐山東清潔能源開發(fā)有限公司，研究方向：風(fēng)力發(fā)電與清潔能源。