風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

梁 棟，姜嘉強(qiáng)，姚 航

國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司，吉林 吉林 132000

0 引言

風(fēng)電場(chǎng)具有資源豐富、分布均勻、建設(shè)施工周期短、運(yùn)行簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)引入和應(yīng)用風(fēng)電場(chǎng)，為開(kāi)發(fā)和利用風(fēng)能清潔能源打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電網(wǎng)作為一種常用的供電網(wǎng)絡(luò)，通常呈現(xiàn)出單電源輻射式狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)電壓達(dá)到110 V時(shí)，整體負(fù)荷較輕，供電半徑較大，一旦接入風(fēng)電場(chǎng)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生極大的變化，從而增加了對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響程度。因此，分析風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響具有重要意義。

1 風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

風(fēng)電場(chǎng)對(duì)110 kV固吉線保護(hù)、西吉變110 kV母線及備自投保護(hù)均會(huì)產(chǎn)生直接影響，因此技術(shù)人員需嚴(yán)格按照電網(wǎng)繼電保護(hù)影響分類（見(jiàn)圖1）開(kāi)展相關(guān)工作[1]。

1.1 故障發(fā)生在電源線路時(shí)對(duì)線路兩側(cè)保護(hù)的影響

110 kV固吉線路一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)性瞬時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致所有的隔離系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的短路問(wèn)題，使系統(tǒng)電源與整個(gè)線路出現(xiàn)解列現(xiàn)象。風(fēng)電機(jī)內(nèi)部容量相對(duì)較小，一旦系統(tǒng)電源運(yùn)行異常，會(huì)降低風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性，使其出現(xiàn)解列現(xiàn)象[2]。此外，當(dāng)110 kV線路在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)線路差動(dòng)保護(hù)功能配置不合理問(wèn)題，導(dǎo)致西吉變側(cè)出現(xiàn)線路保護(hù)失靈，此時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)通道線路配置保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配光差的有效調(diào)整和控制，這樣一來(lái)，即使出現(xiàn)變負(fù)荷現(xiàn)象[3]，整個(gè)電網(wǎng)通道也不會(huì)出現(xiàn)攜帶故障運(yùn)行現(xiàn)象，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用。

1.2 故障發(fā)生在電源線路時(shí)對(duì)線路重合閘的影響

當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)成功接入電網(wǎng)后，一旦電源線路出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象頻繁發(fā)生，那么風(fēng)電的功率和電壓將難以保持穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)會(huì)面臨以下兩種安全威脅：

（1）非同期合閘或重合失敗。一旦失去電網(wǎng)電源的支持，電力孤島無(wú)法與電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)相協(xié)調(diào)和同步，一旦電源線路出現(xiàn)重合閘動(dòng)作時(shí)，將增加兩者之間的相角差，使得相角差范圍在0～180 ℃。此外，當(dāng)整個(gè)電網(wǎng)在不同的時(shí)期出現(xiàn)重合現(xiàn)象時(shí)[4]，由于受到電流沖擊影響，導(dǎo)致線路保護(hù)出現(xiàn)一系列的誤動(dòng)作，使整個(gè)重合閘喪失自動(dòng)恢復(fù)故障的功能。

（2）故障點(diǎn)電弧重燃。當(dāng)電網(wǎng)失去系統(tǒng)電源的支持后，故障點(diǎn)會(huì)憑借風(fēng)電的支持而自動(dòng)消除。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)重合閘現(xiàn)象時(shí)，電網(wǎng)電源的應(yīng)用和支持下，很容易導(dǎo)致故障電流出現(xiàn)明顯躍變現(xiàn)象，造成所有故障點(diǎn)出現(xiàn)重燃現(xiàn)象[5]，增加了絕緣擊穿風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重危及人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

為了解決以上問(wèn)題，技術(shù)人員需不斷延長(zhǎng)固吉線重合閘所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，確保其重合時(shí)間與風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間保持一致；需將風(fēng)電場(chǎng)線內(nèi)部電壓設(shè)置為36 kV，確保風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)系統(tǒng)之間始終處于相互隔離的狀態(tài)，從而避免對(duì)線路重合閘動(dòng)作產(chǎn)生不利影響。

1.3 故障發(fā)生在電源線路時(shí)對(duì)西吉變備用電源自投保護(hù)的影響

一旦110 kV固吉線出現(xiàn)故障問(wèn)題，那么固吉線會(huì)自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動(dòng)作，確保與系統(tǒng)短路電流相互隔離，此時(shí)，系統(tǒng)電源運(yùn)行時(shí)間與固吉線整個(gè)解列時(shí)間保持同步。但是，當(dāng)整個(gè)充電環(huán)節(jié)結(jié)束后，斷路器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入跳開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)，母線無(wú)壓設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行異常問(wèn)題，導(dǎo)致備自投設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、安全供電，技術(shù)人員可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）不斷提高備自投設(shè)備所對(duì)應(yīng)的無(wú)壓?jiǎn)?dòng)定值，同時(shí)，盡可能縮短固吉線降低到所設(shè)定的啟動(dòng)定值的時(shí)間，當(dāng)固吉線出現(xiàn)線路短路等故障問(wèn)題時(shí)，備自投設(shè)備會(huì)執(zhí)行延時(shí)動(dòng)作。

（2）將風(fēng)電聯(lián)絡(luò)線路與風(fēng)電場(chǎng)之間建立起有效的連接，然后，將匯集線路的電壓設(shè)置為35 kV，確保風(fēng)電機(jī)組與系統(tǒng)之間始終保持相互隔離狀態(tài)，從而避免對(duì)備自投設(shè)備保護(hù)動(dòng)作的執(zhí)行產(chǎn)生不良的影響。

1.4 故障發(fā)生在電源線路時(shí)對(duì)聯(lián)絡(luò)變10 kV電容器的影響

西吉變110 kV所對(duì)應(yīng)的電容器在對(duì)低壓保護(hù)裝置進(jìn)行配置期間，一旦將相關(guān)保護(hù)電壓設(shè)置為50 V，將導(dǎo)致低電壓保護(hù)功能出現(xiàn)嚴(yán)重延遲問(wèn)題，對(duì)聯(lián)絡(luò)變10 kV電容器運(yùn)行性能產(chǎn)生不良的影響。為了解決這一問(wèn)題，將電容器燒毀風(fēng)險(xiǎn)降到最低，技術(shù)人員需不斷修正、優(yōu)化和完善電容器低電壓保護(hù)功能，使得風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響降至最低，同時(shí)需科學(xué)設(shè)置供電線路斷路器的安裝位置，確保電網(wǎng)繼電保護(hù)效果得以有效提升。

2 風(fēng)電場(chǎng)保護(hù)電網(wǎng)繼電的具體措施

2.1 110 kV西吉變側(cè)固吉線保護(hù)聯(lián)跳措施

對(duì)于110 kV固吉線而言，在正式投入測(cè)光保護(hù)環(huán)節(jié)前，線路故障會(huì)徹底切除該線路的保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致固吉線無(wú)法執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動(dòng)作。為此，技術(shù)人員需對(duì)110 kV固吉線的內(nèi)部保護(hù)功能不斷地修正、優(yōu)化和完善，同時(shí)從敷設(shè)電纜設(shè)計(jì)、敷設(shè)電纜施工、接線參數(shù)設(shè)置等環(huán)節(jié)出發(fā)，將電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作落實(shí)到位，從根本上避免為后期維修工作的開(kāi)展埋下安全隱患。

2.2 西吉變備自投聯(lián)跳措施

將變備自投設(shè)備引入相應(yīng)的頻率后，110 kV固吉線一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致頻率出現(xiàn)明顯變動(dòng)現(xiàn)象，為了從根本上解決以上問(wèn)題，技術(shù)人員需根據(jù)實(shí)際頻率變化規(guī)律，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的容量進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)和控制，在此基礎(chǔ)上，還需根據(jù)西吉變當(dāng)前的負(fù)荷水平變化情況，盡可能保持風(fēng)電機(jī)組輸出功率的穩(wěn)定性，確保整個(gè)設(shè)備能夠穩(wěn)定、可靠、安全運(yùn)行，從而降低頻率波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。在確保頻率精確控制的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相應(yīng)的模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程的有效模擬，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力大小與西吉變負(fù)荷值完全一致時(shí)，頻率波動(dòng)幅度將會(huì)降到最低。

2.3 安穩(wěn)裝置聯(lián)跳措施

待風(fēng)電場(chǎng)正式投入使用后，需要借助110 kV西吉變裝置，對(duì)固吉線電氣量進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)和控制，同時(shí)需確保風(fēng)電場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的出力值始終保持穩(wěn)定的情況下，將固吉線內(nèi)部電流進(jìn)行置零處理，以確保安穩(wěn)裝置能夠正常執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動(dòng)作。此外，需將西吉變與風(fēng)電場(chǎng)之間的連線切除，并將安穩(wěn)裝置固定于西吉變附近，以保證兩者之間通信的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。為了最大限度地提高電網(wǎng)繼電保護(hù)效果，需要安穩(wěn)裝置分別接入和應(yīng)用于固吉線電線附件。

3 結(jié)論

文章通過(guò)分析風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，得出如下結(jié)論：

（1）風(fēng)電場(chǎng)的使用直接影響聯(lián)絡(luò)變備自投保護(hù)性能，一旦電源線路出現(xiàn)故障問(wèn)題，設(shè)備無(wú)法在第一時(shí)間內(nèi)快速進(jìn)入邏輯判斷階段，此時(shí)，需要對(duì)聯(lián)跳風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，確保整個(gè)主網(wǎng)能夠安全、可靠供電。

（2）風(fēng)電場(chǎng)的使用直接影響通道整個(gè)線路重合閘性能，導(dǎo)致線路在非特殊時(shí)期，出現(xiàn)明顯的重合現(xiàn)象，此時(shí)，需要對(duì)重合閘所對(duì)應(yīng)的重合方式進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，盡可能降低對(duì)主網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生不良的影響，確保供電功能在最短時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)。

（3）風(fēng)電場(chǎng)的使用直接影響聯(lián)絡(luò)變母線性能，一旦母線出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)母線出現(xiàn)嚴(yán)重的短路現(xiàn)象，從而降低主網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行性能。為此，可以采用配置母差保護(hù)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)配置的科學(xué)設(shè)置，從而快速解決母線故障問(wèn)題。