基于风电机组的继电保护方案探索

摘 要：随着我国大容量风电机组的不断发展，电力体系中风力发电所占比例也逐年上升，风力发电与系统正常运行及稳定性能有着密切关系。早期的风电发电容量在电力系统中所占的比例很小，在电网出现事故时，对应的风电机组会出于自我保护而立即脱网。对于风力发电的大容量装机体系，风机脱网将会导致电网的电压及频率极度降低，致使事故增加，甚至造成电网崩溃的现象出现。本文对风电机组的应用进行了详细的分析，并提出了对应的继电保护方案。

关键词：风电机组；继电保护；保护方案

0 前言

近年来，风力发电技术不断地革新发展，风电场对电网的安全运行问题也频频出现。但传统中在展开电力体系保护配置及对应的整定计算时，却并未将风电场对电网的影响考虑在内，只是对其按一定程度简化成不计衰减式恒定电流源或是终端负值负荷，却不考虑接入电网出现事故时风电场给予的短路电流。

1 风电机组高电压脱网概论

（1）风电场大规模脱网事故不断出现，相关的调查研究显示，该事故诱因大多都是风电场的内部接地，因为中性点的接地方法不适宜而引起风电机组电压极度下降，导致没有低电压穿越能力的对应风电机组出现脱落现象。因为风电场的无功补偿设备控制及保护装置不适宜，致使该事故在切除之后电压会提升，出现更多的机组电压脱网状况，将脱网故障不断恶化。脱网故障提醒着我们风电场继电保护的整定具有一定的特殊性，其也与我国的风电场电压的保护定值不规范有着很大关系。

（2）如图所示，风电机组出现高电压脱网故障过程。A时刻的风电场出现了内部接地性事故，因为风电场集电体系是中性点非有效性的接地体系，接地故障不能即刻的处理；B时刻风电场对应的动态无功补偿设备则会给电网注进无功功率，来确保母线的电压，整个系统的电压保持回升状态；C时刻则存在着接地事故线路切除现象。在A时刻前期风电场是发电状态，相应电容器组通常是处在非常投入的状态，来确保风电场的并网点电压，A至C之间很多没有低电压穿越能力风电机组出现了脱网状况，在C时刻事故清楚之后，电容器组却没有停止对应的无功传送，整个系统的电压就在瞬间上升。由于电容器无功输出以及对应电网的电压成正比例关系，所以电网的电压持续上升。发电机处的电压超出了发电机的过电压保护值时，则会导致一些风电机组出现脱网的现象，也就是高电压穿越失败。风电场的内部事故以及风电场出线路产生接地事故，也极有可能导致对应风电机组出现大范围的脱网，该故障过程以及原理和内部事故造成的故障极为相同。

（3）我国多次大范围的脱网故障中，高电压所导致的脱网机组可超过1/3的总脱网机组量。该事故末期的现场人员必须亲自动手进行电容器组的切除，确保整体系统电压下降以呈现正常电压水平。所以，要合理有效的对电容器组及风电机组过电压的保护值进行严格设定，以确保电容器组可以在相关电压超出了设定值时即刻断开，以便于降低电网内部无功过剩量，有效的防止风电机组高电压脱网故障。

2 风电机组过电压保护

（1）风电机组对应的耐压水平比普通装置较低，所以应该专项配置过电压保护设备。风电机组耐压能力的关键是受限于相关发电机绕组和变频器直流电容所呈现的耐压力。发电机是旋转式的装置，其匝间的绝缘能力很弱，对应耐压水平也是比其余同级别装置低很多。双馈发电机组依据相关的标准要求，发电机组要能够承受住3分钟1.3倍额定电压，匝间的绝缘能力仍不会受到损坏。其实，对于相关的变频器来讲电网的电压高出变频器的逆变电压，就会产生功率的反向流动，也就是电流会经由电网边侧流进变频器中。以造成变频器的直流电容电压提升，在电压超出了对应耐受力就会造成直流电容器出现损坏的状况。总而言之，风电机组所允许的电压波动非常严格，对应工频的过电压允许范围通常不会高过1.2倍额定电压。

（2）在确保该系统产生工频过电压时，把对应的风电机组可靠切除以保护发电机及变频器，通常是在风力发电机的出口端，690伏边侧装设电压继电器以及负荷开关。对应继电器的动作定值通常是风电机组厂家来进行设置的，风电机组的厂家设定整定值是较为保守的。其不同的风电机组型号过电压保护值是不尽相同的，并且对应设置值应较于规定的标准风电机组耐压力低很多。

3 风电机组发电机出口电压计算

（1）因为风力发电机处是对应电源，趋向是发电机流向压力提升变电站的主要变压器低压边侧。所以，在对应机组处在发电的状态，风力发电机的机端电压通常较高于升压站的低压母线电压，其相应电压差是集电线路以及风电机组的升压变压器的降压和，风电机组以及电容器组过电压整定值要将该电压差充分考虑。

（2）集电线路和发电机组的机端电压值是经过对应潮流计算所得。计算过程中以35千伏的母线处作为平衡节点，对应电压是1.15

（3）所以风电机组的无功调整能力会减小发电机出口端电压，在我国很多的风电机组却不具有其对应的无功调节功能，却是利用恒定的功率系数所运行方式。该状态之下的发电机出口处电压标幺值会高出35千伏母线电压标幺值很多。

4 不同风电机组继电保护配置方案及原则

（1）IG机组的风电场短路电流仅仅会对相关线路的电流速断保护具有一定的影响，在对应保护设备动作的时间比5个周波小，就应将风电场的短路电流对其线路电流保护充分的考虑。在D-PMSG机组风电场对应容量的大于接近220千伏的输电线路时，就务必要给风电场专线之上的装设远方类跳闸设备。

（2）利用远后备的原则来对35千伏汇集线路进行保护，在对应体系边侧装设三段式的过流保障设备，或是在必要时可以设立方向式的器件，最适宜三段式之间的距离保护。中性点经由消弧线圈的接地体系要配设对应较小电流接地事故的选线设备，风电场输出线路的两

边重合闸要使用三相重合闸方法。接近220千伏与之上系统风电场输出线路两边要配置分相电流差动的微机保护设备。在风电场的容量大时要充分的考虑到双侧电源，双侧电源的线路要呈现重合闸的时候，对应重合闸设备要具有同时检测判定的能力。

5 结论

风电场的无功补偿对应电容器过电压保护值要和相关发电机组的过电压保护值进行合理有效的配合，还应综合性地考虑到箱变系数以及集电线路系数和机组动态无功能力、对应电容器组及各机组的耐压能力等。风力发电机组的对应过电压保护值原则是要较大于相关电容器组的过电压保护值，却不能超出机组自身耐受电压值；集电线路很长的风电场末处风电机组过电压保护值可做一定提升；电容器组过电压保护值整定要进行综合性的考虑断路器开端次数及频率和对应电容器自身耐压力来与风电机的过电压保护值有效配合；风电机组的高电压穿越和对应电容器组的动作间差值不能小于箱变及集电线路电压和。

参考文献：

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