馬玉玲，劉寶柱，廖洪濤

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206;2.寧東供電局，寧夏 銀川 750411)

0 引言

風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源發(fā)電方式在我國得到了廣泛的發(fā)展，目前，寧東電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量已達(dá)到300 MW。隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷增大，風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性對系統(tǒng)的影響也日漸明顯，為此，風(fēng)力發(fā)電應(yīng)具有低壓穿越能力，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障引起風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，要求風(fēng)電機(jī)組在電壓不低于20%額定電壓時(shí)不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。在此情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將向短路點(diǎn)提供一定的短路電流，因此，整定計(jì)算時(shí)不應(yīng)該僅將風(fēng)電考慮成負(fù)荷，而忽略風(fēng)電系統(tǒng)提供的短路電流。

1 110 kV系統(tǒng)風(fēng)電接入及保護(hù)配置情況

某110 kV風(fēng)電場總裝機(jī)容量為99 MW，每條35 kV饋線分別接有11臺風(fēng)機(jī)，單臺風(fēng)機(jī)容量為1.5 MW，圖1為系統(tǒng)接線圖。110 kV聯(lián)絡(luò)線配置光纖差動保護(hù)，實(shí)現(xiàn)全線速動功能，110kV升壓變壓器及35 kV饋線均配置了常規(guī)的保護(hù)功能。

圖1 系統(tǒng)接線圖

2 保護(hù)定值整定時(shí)應(yīng)考慮的因素

具有低電壓穿越能力的風(fēng)機(jī)接入系統(tǒng)后，當(dāng)系統(tǒng)某點(diǎn)發(fā)生故障導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組所接母線電壓發(fā)生波動時(shí)，只要電壓符合圖2中風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行的要求，就可以保證無故障風(fēng)機(jī)不被脫網(wǎng)，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

(1)風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625 ms的能力。

(2)風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2 s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

圖2 對風(fēng)電低電壓穿越的技術(shù)要求

針對以上低電壓穿越的描述，提出幾點(diǎn)整定時(shí)應(yīng)考慮的因素:

(1)目前，風(fēng)電的暫態(tài)等值模型尚無準(zhǔn)確的建立方法，為充分考慮風(fēng)電機(jī)組在故障狀態(tài)下的影響，風(fēng)電場升壓變壓器后備保護(hù)以及35 kV饋線保護(hù)可投入方向元件，確保上、下級以及本級之間保護(hù)的配合。

(2)假設(shè)圖1中35 kV饋線的線路發(fā)生相間短路故障，35 kV母線故障相電壓發(fā)生跌落，此時(shí)311開關(guān)保護(hù)應(yīng)在625 ms內(nèi)切除故障，以保證同一母線的其他風(fēng)電機(jī)組不脫網(wǎng)運(yùn)行。考慮到保護(hù)接點(diǎn)動作時(shí)間以及斷路器分閘時(shí)間等固定延時(shí)，311開關(guān)最末段保護(hù)的整定時(shí)間應(yīng)小于0.5 s。

(3)對于110 kV單回聯(lián)絡(luò)線而言，聯(lián)絡(luò)線故障保護(hù)跳閘到重合閘時(shí)間間隔至少有1.0 s，大于625 ms的低壓穿越時(shí)間，風(fēng)電機(jī)組保護(hù)會動作切機(jī)，因此，可投入重合閘無檢定方式。雙回并列運(yùn)行聯(lián)絡(luò)線應(yīng)投入檢同期重合閘，35 kV饋線的重合閘應(yīng)退出運(yùn)行。

從保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的出發(fā)，保護(hù)定值應(yīng)側(cè)重靈敏性要求，尤其是35 kV饋線保護(hù)，可適當(dāng)延長各段的保護(hù)范圍。

下面以圖1所示變電站接線方式為例，介紹各保護(hù)的具體整定方法。

3 整定方法

3.1 35 kV 饋線保護(hù)

速斷電流、限時(shí)速斷電流投入方向元件，方向由母線指向線路，過電流可退出方向元件，作為本級線路的總后備。

(1)速斷電流定值可按最遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)箱式變壓器高壓側(cè)有一定靈敏度整定，同時(shí)躲過匯集線箱式變壓器投運(yùn)過程中可能出現(xiàn)的最大勵磁涌流。

(2)限時(shí)電流速斷保護(hù)按最遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)箱式變壓器低壓側(cè)有靈敏度整定，延時(shí)取0.3 s。

(3)過電流保護(hù)定值按躲過最大負(fù)荷電流原則整定，延時(shí)取 0.5 s。

在實(shí)際整定過程中，由于箱式變壓器短路阻抗參數(shù)較大，按照“保證箱式變壓器低壓側(cè)有靈敏度”的整定原則，速斷電流定值往往小于線路最大允許負(fù)荷電流，此時(shí)可適當(dāng)犧牲靈敏度。箱式變壓器低壓側(cè)存在故障時(shí)，由高壓側(cè)熔斷器及低壓側(cè)小開關(guān)保護(hù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，限時(shí)電流速斷保護(hù)及過電流保護(hù)電流定值按躲過最大負(fù)荷整定，取相同電流定值。限時(shí)電流速斷動作時(shí)間為0.3 s，帶方向;過電流動作時(shí)間為0.5 s，不帶方向。

3.2 110 kV升壓變壓器后備保護(hù)

(1)兩側(cè)均投入一段復(fù)壓方向過流。低壓側(cè)方向由變壓器指向低壓母線，定值及時(shí)間與低壓出線的速斷或限時(shí)速斷配合;高壓側(cè)方向由高壓母線指向變壓器，定值及時(shí)間與低壓側(cè)方向過流段配合。

(2)兩側(cè)均投入一段不帶方向的復(fù)壓過流。低壓側(cè)過流與低壓側(cè)出線過流配合，保證低壓側(cè)最長出線末端故障時(shí)有足夠的靈敏度。高壓側(cè)過流作為變壓器的總后備，與低壓側(cè)不帶方向過流配合，保證升壓變壓器低壓母線故障時(shí)有足夠的靈敏度。

3.3 110 kV聯(lián)絡(luò)線保護(hù)

聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)側(cè)的后備保護(hù)可投入距離、零序各段保護(hù)，風(fēng)電側(cè)的距離、零序保護(hù)退出運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本文分析了具有低壓穿越能力的風(fēng)電場接入電網(wǎng)后定值整定方面應(yīng)考慮的因素，對風(fēng)電場及電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的定值配置進(jìn)行了介紹，提出了整定方案。定值整定工作應(yīng)全面考慮風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)所提供的短路電流，確保裝置正確動作。

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