大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護的影響與對策分析

國網(wǎng)哈密供電公司 魏文倩 陳 浩 羅 潔 馮騰輝 王密娜

1 引言

1.1 存在的問題及解決問題思路

從電力系統(tǒng)來看，繼電保護能夠?qū)﹄娋W(wǎng)、運行時的高效性與安全性產(chǎn)生重要影響，依賴于繼電保護功能，可以用更快的速度對系統(tǒng)線路中的故障點進行確定，從而及時隔離故障點，避免它破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在智能電網(wǎng)的建設(shè)階段，電力公司不僅重視對自身整體效益的提升，還全面執(zhí)行了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，一步步把大規(guī)模風(fēng)電連接到電力系統(tǒng)中，在很大程度上影響到了繼電保護裝置。所以，怎么解決各類影響因素，讓繼電保護裝置可以將其保護作用完全發(fā)揮出來，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，這是當前迫切需要處理的難題。

參考一些價值較高的書籍，然后再結(jié)合中國知網(wǎng)來對現(xiàn)有的研究成果進行分析。主要可以參考以下這些數(shù)據(jù)庫：中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫和中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫。

1.2 亮點

由于中國的經(jīng)濟與科技水平獲得了一定提升，使得人民的生活質(zhì)量也顯著改善，在電力上也表現(xiàn)出了更大的需求，從而逐漸暴露出了中國電能資源匱乏的問題。為了脫離這種困境，我國引入了風(fēng)力發(fā)電的方式。但問題是風(fēng)電的大規(guī)模接入又會嚴重影響到繼電保護，所以，我們在下文中將主要討論風(fēng)電的大規(guī)模接入給繼電保護帶來的影響。

2 風(fēng)電場和風(fēng)電組的故障特征

當前出現(xiàn)的風(fēng)電場與風(fēng)電機組故障通常都具備以下特點：對短路電流衰減的分析；波形研究；計算電流。如今，風(fēng)電機組的發(fā)電機都相對有新意，屬于異步感應(yīng)電機，它的轉(zhuǎn)動時間與轉(zhuǎn)動慣量更短，在故障特點上也有別于傳統(tǒng)發(fā)電機，不存在勵磁裝置。對于永磁直驅(qū)機組來說，盡管它也屬于傳統(tǒng)的同步發(fā)電機，可是它的故障特性卻跟逆變器之間密切相關(guān)。因為電力電子的特點，使它保護的復(fù)雜性增加，這樣一來，電磁暫態(tài)也變得越來越復(fù)雜，導(dǎo)致繼電保護的實施有很大難度。按照電力系統(tǒng)的繼電保護來看，為它提供主要支撐的就是三相對稱系統(tǒng)與發(fā)電機電源。得出的電流衰減特性與實際電流幅值均是建立在出現(xiàn)了相關(guān)故障的前提下，而且普遍具有相對固定的參數(shù)。結(jié)合這些條件雖然能完成繼電保護，但最后得出來的值會偏離實際值，缺乏一定的精確性。從而并無法控制事故出現(xiàn)的頻率。

3 大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護所產(chǎn)生的影響

第一，繼電保護裝置的靈敏度變差。把大型的風(fēng)電連接到繼電保護裝置之后，與之對應(yīng)的升壓變壓器必須先解決好接地問題。從這個過程來看，也許會干擾零序網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致設(shè)備的整體靈敏度明顯變差。如果沒有準備單獨的弱電源裝置，再加上風(fēng)電場本身是不能將持續(xù)電流輸送到故障點的，所以，此時的連接線就不能對系統(tǒng)進行充分保護，更不能迅速隔離故障，從而在很大程度上減少了網(wǎng)絡(luò)運行的安全性。

第二，不一樣的保險期限增加了斷線的風(fēng)險?，F(xiàn)階段而言，在電力系統(tǒng)中，為了保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，一般會把風(fēng)力電源連接到并網(wǎng)點。通過這種校驗與同步方式，一旦連接線被觸發(fā)，那么此時的風(fēng)能力會迅速進行動態(tài)轉(zhuǎn)變，如果檢同期無法發(fā)揮作用，那么連接線就不能進行有效閉合，從而造成風(fēng)電脫網(wǎng)問題。

第三，保護范圍縮小。在運用異步發(fā)電機之后，可能會直接干擾并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)線路的保護動作，此時，改變阻抗特性也將為阻抗平面的軌跡造成不好的影響，削弱了保護動作的效果，并使繼電保護裝置不能充分發(fā)揮其作用，這就顯著減少了電網(wǎng)在運行期間的可靠性。

4 大規(guī)模風(fēng)電接入對繼電保護的完善

接入大規(guī)模風(fēng)電肯定會對繼電保護產(chǎn)生一定的影響。針對這種接入造成的問題，必須及時使用合理的措施進行處理，以確保它在運行過程中的穩(wěn)定性。主要從以下幾方面著手。

4.1 了解各種影響因素綜合設(shè)計

以前的風(fēng)電系統(tǒng)并不符合大規(guī)模風(fēng)電接入的需求。為了實現(xiàn)電網(wǎng)的平穩(wěn)運行，相關(guān)從業(yè)者需認真思考這個方面的各種問題，結(jié)合電網(wǎng)的現(xiàn)實狀況展開深入剖析，并創(chuàng)建合適的設(shè)計方案，使風(fēng)電的大規(guī)模接入能夠給繼電保護帶來良性影響?？傊惋L(fēng)電接入相關(guān)的所有環(huán)節(jié)均必須深思熟慮，而且所有環(huán)節(jié)要安排專人負責(zé)管理，以全面監(jiān)管所有階段，例如電力傳輸方式的選擇與保護措施的監(jiān)管。與此同時，還有必要對可能發(fā)生的情況展開預(yù)測與分析，提前將方案創(chuàng)建好，以免在出現(xiàn)事故時措手不及，最終對正常的電力輸出產(chǎn)生影響。

4.2 明確故障

關(guān)于電力系統(tǒng)的繼電保護裝置，它需要保護的關(guān)鍵對象一般是短路電流的衰減特性和它的一個最大值。當我們分析繼電保護造成的影響時，基本上是結(jié)合它的配置和交互來完成。所以，這其實跟繼電保護原理并不相關(guān)。真正能影響繼電保護性能的根本原因來自故障波形特性，必須使用適當?shù)臑V波計算才能完成，以細化繼電保護的特性，這對于處理大規(guī)模風(fēng)電造成的影響有很大幫助。

必須確定風(fēng)電接入的故障問題，找出故障的具體原因并創(chuàng)建科學(xué)的方案，提前做好相關(guān)準備，逐一列舉出所有可能發(fā)生的問題，而且最好準備幾套方案，有備無患。舉例來說，跳閘這種故障肯定是不可避免的，應(yīng)當按照故障穿越需求進行處理?，F(xiàn)在用得最多的辦法就是把握好時間，讓一個帶時序條件的零電壓多次通過，盡量把執(zhí)行時間控制在100到125毫秒之間。如此將有利于降低風(fēng)電大規(guī)模接入所造成的干擾。

4.3 保護聯(lián)跳措施

為了解決跳閘的問題，建議使用聯(lián)跳措施。在啟動風(fēng)電機之前，有必要把保護聯(lián)跳裝置安裝于風(fēng)電機的兩端，然后再連接短路電流與繼電保護，這樣的話，一旦發(fā)生事故，該裝置將自行隔斷電流，達到保護電路的最終目的。

在把大型風(fēng)電連接到繼電保護中時，必須確保繼電保護的執(zhí)行和配置與對應(yīng)的電網(wǎng)保護之間具有緊密的結(jié)合。如今，在電力公司的工作流程中，一般是安排不同的部門來負責(zé)風(fēng)電和風(fēng)電的接入工作，所以，為了在管理內(nèi)容上進行高效合作，必須先加強有關(guān)部門之間的互動，具體的工作中最好是能實現(xiàn)信息的共享，利用協(xié)調(diào)的運行方式，讓繼電保護可以完全發(fā)揮其保護作用，防止出現(xiàn)意外拖網(wǎng)事故，進一步保證電網(wǎng)在運行期間的安全性與可靠性。此外，還應(yīng)該盡早創(chuàng)建繼電保護體系，用于指導(dǎo)所有的緊急控制工作，從而保證每個部門都可以在高效的配合下實現(xiàn)管理效率和質(zhì)量的提升。

4.4 電場集群線路的開發(fā)

如果風(fēng)電機出現(xiàn)了短路的情況，那么此時是沒有辦法對短路電流進行供應(yīng)的，很容易造成相關(guān)事故的出現(xiàn)。必須開發(fā)電廠集群線路才能夠處理該難題，因為它能夠給短路供應(yīng)一定電流，不會讓系統(tǒng)受到太大的影響，從而確保電力系統(tǒng)是足夠穩(wěn)定的。

4.5 繼電保護與風(fēng)電場操作系統(tǒng)的配合

風(fēng)電場的操作系統(tǒng)需要與繼電保護之間具有相互作用的效果。而且風(fēng)電場的網(wǎng)絡(luò)保護還必須完全匹配風(fēng)電場的操作系統(tǒng)，這將有利于防止出現(xiàn)離網(wǎng)故障。事實上，繼電保護和風(fēng)電場運行系統(tǒng)并不屬于同一個單元，可是它們在運行過程中卻必須相互作用，唯有如此，才能將電力繼電保護系統(tǒng)給創(chuàng)建起來。

綜上，從現(xiàn)在的發(fā)展趨勢來看，中國的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)還是非常發(fā)達的，電力公司也已經(jīng)成功建設(shè)了智能電網(wǎng)。不過，從風(fēng)力發(fā)電的運行過程進行分析，當前其實有辦法去處理以上提到的種種問題，不過在實際運行中仍然遇到了很多阻礙，所以，這就要求中國應(yīng)該繼續(xù)進行有關(guān)風(fēng)力發(fā)電的研究，努力實現(xiàn)創(chuàng)新與改革，從而達到更高的水平，大力推動中國的經(jīng)濟發(fā)展與社會進步。或者也能夠適當?shù)膮⒖紘猬F(xiàn)有的一些電力應(yīng)用技術(shù)。