论述风力发电场110kV升压站继电保护分析

来源:用户上传      作者:

　　【摘  要】我国人口众多，近几年，随着人们生活水平的提升，对于能耗的依赖逐年增加，尤其是对于电能的利用，每年均有大幅度的提高。由于受到全球环境的影响，且传统发电厂对于煤炭资源的消耗比较大，所以，近年来新能源的利用呈现出良好的发展势头，风力发电成为了我国重要的电力供应模式。为了保证风力发电厂能够持续、稳定、安全的为我国提供源源不断的电能，对风力發电场升压站继电保护提出了新要求。本文以风力发电场110kV升压站为切入点，简要分析110kV发供电系统的运行状况，阐述了输电线路，并介绍了风力发电场升压站继电保护措施和方法，意在推动风力发电场升压站的继电保护技术的应用和发展。
　　【关键词】110kV;线路;保护分析
　　前言
　　随着我国风力发电规模的逐渐扩大，需加大对于风力发电场的安全保护工作及提升风力发电系统的重视程度。因为，对于发电行业来说，风力发电系统的安全稳定运行时至关重要的，一旦系统发生波动或发生电力事故，将直接影响电力系统及输配电设施设备的安全性，甚至会造成恶性的电力事故。因此，有效推动风力发电场安全稳定运行，才能保证企业的安全稳定和效益的提升。
　　同时，风力发电场的运维人员综合素质的参差不齐，对于突发事件的应急处置能力比较薄弱，使得风力发电场面临着安全的压力较大，因此，风力发电场应深入分析110kV升压站继电保护的作用和意义，保障升压站的安全稳定运行。
　　1、风力风电场110kV系统主要保护配置
　　1.1母线保护
　　母线是指多个设备以并联的方式连接到一根共享线路之上，实现了电能的传输和分配。母线具有承载大电流的作用，对于母线的保护很重要。随着经济的不断发展，科学技术水平的提升，使得传统母线逐渐受到新型材料的替代，要求母线需具有降低接点温升和电阻的特性。在此情况下，母线槽应用而生，且备受关注和青睐。母线保护装置主要通过过流保护、过压保护、失灵保护以及断路器保护等措施对母线进行保护，提升母线的稳定性和安全性。
　　1.2母差保护的投退
　　1.2.1母差保护的投入
　　所谓母差保护，指的是闭合电源开关后，系统会自动甄别运行状态和运行环境是否存在异常，如为发现系统异常，监控单元会通过P控制对配电柜进行动作，实现电能的安全供应，此过程就是母差保护的投入。
　　1.2.2母差保护的退出
　　当风力发电系统发生故障时，母联会通过反馈回来的异常信号会自动断开设备的跳闸压板，使得输入电能中断，从根本上避免了电网受到危害。
　　1.3运行维护
　　对于风力发电场110kV升压站的运行维护时，需按照设备的类型以及故障的影响级别定期组织专业人员进行应急演练，目的是为了在遇到突发情况时，增加专业人员的应急处置能力，同时为故障抢通、缩小事故的影响范围奠定基础。还需进行周期性计划维护，根据设备维护手册设定科学、合理的维护计划，并跟踪维护计划的执行落实情况。还需定期倒闸操作，且需按照相应的规范以及实施方案执行，如遇到设备故障应及时按照逆顺序进行回退操作。
　　1.4装置异常处理
　　（1）直流电源或逆变稳压电源消失必须立即停用母差，待故障处理后方能投上保护。
　　（2）CT断线闭锁动作：
　　无论何种原因引起CT断线，母差保护经延时自动闭锁，必须立即查明原因，进行处理。异常消除后一定要复归CT断线动作信号，恢复母差保护正常运行。
　　2、110kV升压站线路保护
　　2.1保护简介
　　主保护为分相电流差动保护，后备保护包括三段相间、接地距离保护及四段零序保护等，配置有三相重合闸功能。
　　2.2母联保护
　　110kV不单独设母联保护，母联保护由母线保护实现。
　　2.3故障录波器
　　110kV系统均采用WGL-801C故障录波器，用于记录当电力系统中发生各种故障，如短路、振荡、频率崩溃电压崩溃时，各种参量如电流、电压、频率等及其导出量如有功功率、无功功率等电气量、以及相关非电量变化的全过程。
　　3、风电系统故障特征
　　风力发电系统当发生故障时，会有以下表现：
　　3.1电流增大
　　3.2电压降明显
　　3.3电网中的电流与电压相位角发生改变，正常来说相位角约为二十度，一旦发生事故相位角会发生很明显的变化。
　　3.4阻抗发生变化。
　　4、继电保护的基本要求
　　风力发电场110kV升压站中的继电保护装置必须满足四个基本的要求才能将继电保护作用发挥到最大限度。但是，如果单纯的为了检测和甄别电力系统的稳定性，可降低对继电装置的要求。其四个基本要求是：
　　选择性，当电网中发生短路或者较大的波动时，该装置将会对故障设备或线路进行自动切除，当故障恢复时，该装置会自动恢复该线路的电力供应，这就是该装置的自投自负功能。
　　时效性，对于时效性的理解，可以借助ATS自动转换开关，ATS转换开关是毫秒级别的，因此，该设备通常被应用于核心的受电设备。
　　灵敏性，高灵敏度的继电保护装置才能达到升压站的要求和规范，才能在故障突发时缩短故障排除和抢通的历时。
　　可靠性，电力系统设备发生故障或线路短路时，能够及时动作进而保护电力系统的稳定性。
　　4.1母线保护算法的改进
　　常规母线保护电流启动和动作 判据进行改进。因此可采用基于波形识别原理的 小电流接地系统母线保护启动与动作判据。
　　（1）启动判据采用固定启动门槛值，小电流接 地系统发生单相接地故障后，保护启动后采用自 适应动作门槛值判据判断。
　　（2）根据风电系统中负荷大小自动调整差动 动作门槛值，以解决系统低负荷运行时差动保护 的灵敏度和系统重负荷运行时差动保护的可靠性 问题。
　　（3）采用自适应比率判据可保证在母线区内 故障时高灵敏差动保护比率极易满足，区外故障 时则具有很强的制动特性，从而解决系统发生区 内外故障时 CT 传变误差及非周期分量对高灵敏 差动保护的影响。
　　4.2分布式采集和出口智能子机的装设
　　针对风电场升压站改造过程中存在的问题，同时方便对风电场升压站汇流母线保护进行改 造，本文从分布式母线保护的概念出发，提出了采 用子机单元进行采样和跳闸的分布式母线保护。装设在继电小室母线保 护装置通过光纤与装设在 35 kV 开关柜上的就地 智能单元子机完成通讯，就地智能子机完成对模 拟量采样和开关量采集后通过光纤发送给母线保 护装置主机，母线保护装置经过判断后发出的跳 闸指令也通过光纤发送给就地智能子机单元，就 地智能子机单元完成对开关的跳闸。
　　结束语
　　综上所述，随着经济的发展，城市化进程的不断加快，现代化进程的深化，使得我国对于电力能源的依赖程度越来越大。科学技术手段的进步，使得风力发电行业逐渐发展壮大，同时也为保护生态环境做出了巨大贡献。因此，规范风力发电厂110kV升压站的持续、稳定运行，提升风力发电生产过程中的安全性是势在必行的。继电保护能够积极有效的预防和防止风力发电系统设备故障或线路短路，能够有效的规避风电系统的事故，能够降低风电系统对于社会的影响范围，能够杜绝人民生命财产侵害。因此，应加大继电保护在风力发电厂110kV升压站中的应用，提高风力发电系统的稳定性、安全性和可持续性。
　　参考文献：
　　[1] 陶鹏飞.对110kV及以下继电保护故障及措施的探讨[J].现代物业（上旬刊），2011（7）;54-55.
　　[2] 甄兰英.110kV变电站继电保护故障及应对措施[J].电子制作，2013（16）：236.
　　[3] 杨国宁.田忠奎.王本富.110kV继电保护的故障处理措施分析[J].科技资讯，2013（03）.
　　[4] 王梅义.高压电网继电保护运行技术[M].北京：电力工业出版社，1981.
　　[5] 沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究[J].电力系统自动化，1983.
　　（作者单位：龙源电力集团（上海）风力发电有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14930302.htm