樊永

【摘 ?要】我國(guó)人口眾多，近幾年，隨著人們生活水平的提升，對(duì)于能耗的依賴(lài)逐年增加，尤其是對(duì)于電能的利用，每年均有大幅度的提高。由于受到全球環(huán)境的影響，且傳統(tǒng)發(fā)電廠對(duì)于煤炭資源的消耗比較大，所以，近年來(lái)新能源的利用呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，風(fēng)力發(fā)電成為了我國(guó)重要的電力供應(yīng)模式。為了保證風(fēng)力發(fā)電廠能夠持續(xù)、穩(wěn)定、安全的為我國(guó)提供源源不斷的電能，對(duì)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)升壓站繼電保護(hù)提出了新要求。本文以風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)110kV升壓站為切入點(diǎn)，簡(jiǎn)要分析110kV發(fā)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，闡述了輸電線路，并介紹了風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)升壓站繼電保護(hù)措施和方法，意在推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)升壓站的繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】110kV;線路;保護(hù)分析

前言

隨著我國(guó)風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，需加大對(duì)于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的安全保護(hù)工作及提升風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重視程度。因?yàn)?，?duì)于發(fā)電行業(yè)來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，一旦系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)或發(fā)生電力事故，將直接影響電力系統(tǒng)及輸配電設(shè)施設(shè)備的安全性，甚至?xí)斐蓯盒缘碾娏κ鹿省Ｒ虼?，有效推?dòng)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，才能保證企業(yè)的安全穩(wěn)定和效益的提升。

同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的運(yùn)維人員綜合素質(zhì)的參差不齊，對(duì)于突發(fā)事件的應(yīng)急處置能力比較薄弱，使得風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)面臨著安全的壓力較大，因此，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應(yīng)深入分析110kV升壓站繼電保護(hù)的作用和意義，保障升壓站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1、風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)110kV系統(tǒng)主要保護(hù)配置

1.1母線保護(hù)

母線是指多個(gè)設(shè)備以并聯(lián)的方式連接到一根共享線路之上，實(shí)現(xiàn)了電能的傳輸和分配。母線具有承載大電流的作用，對(duì)于母線的保護(hù)很重要。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提升，使得傳統(tǒng)母線逐漸受到新型材料的替代，要求母線需具有降低接點(diǎn)溫升和電阻的特性。在此情況下，母線槽應(yīng)用而生，且備受關(guān)注和青睞。母線保護(hù)裝置主要通過(guò)過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、失靈保護(hù)以及斷路器保護(hù)等措施對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)，提升母線的穩(wěn)定性和安全性。

1.2母差保護(hù)的投退

1.2.1母差保護(hù)的投入

所謂母差保護(hù)，指的是閉合電源開(kāi)關(guān)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)甄別運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境是否存在異常，如為發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，監(jiān)控單元會(huì)通過(guò)P控制對(duì)配電柜進(jìn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電能的安全供應(yīng)，此過(guò)程就是母差保護(hù)的投入。

1.2.2母差保護(hù)的退出

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，母聯(lián)會(huì)通過(guò)反饋回來(lái)的異常信號(hào)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)設(shè)備的跳閘壓板，使得輸入電能中斷，從根本上避免了電網(wǎng)受到危害。

1.3運(yùn)行維護(hù)

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)110kV升壓站的運(yùn)行維護(hù)時(shí)，需按照設(shè)備的類(lèi)型以及故障的影響級(jí)別定期組織專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行應(yīng)急演練，目的是為了在遇到突發(fā)情況時(shí)，增加專(zhuān)業(yè)人員的應(yīng)急處置能力，同時(shí)為故障搶通、縮小事故的影響范圍奠定基礎(chǔ)。還需進(jìn)行周期性計(jì)劃維護(hù)，根據(jù)設(shè)備維護(hù)手冊(cè)設(shè)定科學(xué)、合理的維護(hù)計(jì)劃，并跟蹤維護(hù)計(jì)劃的執(zhí)行落實(shí)情況。還需定期倒閘操作，且需按照相應(yīng)的規(guī)范以及實(shí)施方案執(zhí)行，如遇到設(shè)備故障應(yīng)及時(shí)按照逆順序進(jìn)行回退操作。

1.4裝置異常處理

（1）直流電源或逆變穩(wěn)壓電源消失必須立即停用母差，待故障處理后方能投上保護(hù)。

（2）CT斷線閉鎖動(dòng)作：

無(wú)論何種原因引起CT斷線，母差保護(hù)經(jīng)延時(shí)自動(dòng)閉鎖，必須立即查明原因，進(jìn)行處理。異常消除后一定要復(fù)歸CT斷線動(dòng)作信號(hào)，恢復(fù)母差保護(hù)正常運(yùn)行。

2、110kV升壓站線路保護(hù)

2.1保護(hù)簡(jiǎn)介

主保護(hù)為分相電流差動(dòng)保護(hù)，后備保護(hù)包括三段相間、接地距離保護(hù)及四段零序保護(hù)等，配置有三相重合閘功能。

2.2母聯(lián)保護(hù)

110kV不單獨(dú)設(shè)母聯(lián)保護(hù)，母聯(lián)保護(hù)由母線保護(hù)實(shí)現(xiàn)。

2.3故障錄波器

110kV系統(tǒng)均采用WGL-801C故障錄波器，用于記錄當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生各種故障，如短路、振蕩、頻率崩潰電壓崩潰時(shí)，各種參量如電流、電壓、頻率等及其導(dǎo)出量如有功功率、無(wú)功功率等電氣量、以及相關(guān)非電量變化的全過(guò)程。

3、風(fēng)電系統(tǒng)故障特征

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)有以下表現(xiàn)：

3.1電流增大

3.2電壓降明顯

3.3電網(wǎng)中的電流與電壓相位角發(fā)生改變，正常來(lái)說(shuō)相位角約為二十度，一旦發(fā)生事故相位角會(huì)發(fā)生很明顯的變化。

3.4阻抗發(fā)生變化。

4、繼電保護(hù)的基本要求

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)110kV升壓站中的繼電保護(hù)裝置必須滿足四個(gè)基本的要求才能將繼電保護(hù)作用發(fā)揮到最大限度。但是，如果單純的為了檢測(cè)和甄別電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可降低對(duì)繼電裝置的要求。其四個(gè)基本要求是：

選擇性，當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生短路或者較大的波動(dòng)時(shí)，該裝置將會(huì)對(duì)故障設(shè)備或線路進(jìn)行自動(dòng)切除，當(dāng)故障恢復(fù)時(shí)，該裝置會(huì)自動(dòng)恢復(fù)該線路的電力供應(yīng)，這就是該裝置的自投自負(fù)功能。

時(shí)效性，對(duì)于時(shí)效性的理解，可以借助ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，ATS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是毫秒級(jí)別的，因此，該設(shè)備通常被應(yīng)用于核心的受電設(shè)備。

靈敏性，高靈敏度的繼電保護(hù)裝置才能達(dá)到升壓站的要求和規(guī)范，才能在故障突發(fā)時(shí)縮短故障排除和搶通的歷時(shí)。

可靠性，電力系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障或線路短路時(shí)，能夠及時(shí)動(dòng)作進(jìn)而保護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.1母線保護(hù)算法的改進(jìn)

常規(guī)母線保護(hù)電流啟動(dòng)和動(dòng)作 判據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。因此可采用基于波形識(shí)別原理的 小電流接地系統(tǒng)母線保護(hù)啟動(dòng)與動(dòng)作判據(jù)。

（1）啟動(dòng)判據(jù)采用固定啟動(dòng)門(mén)檻值，小電流接 地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，保護(hù)啟動(dòng)后采用自 適應(yīng)動(dòng)作門(mén)檻值判據(jù)判斷。

（2）根據(jù)風(fēng)電系統(tǒng)中負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)整差動(dòng) 動(dòng)作門(mén)檻值，以解決系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù) 的靈敏度和系統(tǒng)重負(fù)荷運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)的可靠性 問(wèn)題。

（3）采用自適應(yīng)比率判據(jù)可保證在母線區(qū)內(nèi) 故障時(shí)高靈敏差動(dòng)保護(hù)比率極易滿足，區(qū)外故障 時(shí)則具有很強(qiáng)的制動(dòng)特性，從而解決系統(tǒng)發(fā)生區(qū) 內(nèi)外故障時(shí) CT 傳變誤差及非周期分量對(duì)高靈敏 差動(dòng)保護(hù)的影響。

4.2分布式采集和出口智能子機(jī)的裝設(shè)

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)升壓站改造過(guò)程中存在的問(wèn)題，同時(shí)方便對(duì)風(fēng)電場(chǎng)升壓站匯流母線保護(hù)進(jìn)行改 造，本文從分布式母線保護(hù)的概念出發(fā)，提出了采 用子機(jī)單元進(jìn)行采樣和跳閘的分布式母線保護(hù)。裝設(shè)在繼電小室母線保 護(hù)裝置通過(guò)光纖與裝設(shè)在 35 kV 開(kāi)關(guān)柜上的就地 智能單元子機(jī)完成通訊，就地智能子機(jī)完成對(duì)模 擬量采樣和開(kāi)關(guān)量采集后通過(guò)光纖發(fā)送給母線保 護(hù)裝置主機(jī)，母線保護(hù)裝置經(jīng)過(guò)判斷后發(fā)出的跳 閘指令也通過(guò)光纖發(fā)送給就地智能子機(jī)單元，就 地智能子機(jī)單元完成對(duì)開(kāi)關(guān)的跳閘。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，現(xiàn)代化進(jìn)程的深化，使得我國(guó)對(duì)于電力能源的依賴(lài)程度越來(lái)越大?？茖W(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步，使得風(fēng)力發(fā)電行業(yè)逐漸發(fā)展壯大，同時(shí)也為保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出了巨大貢獻(xiàn)。因此，規(guī)范風(fēng)力發(fā)電廠110kV升壓站的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，提升風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中的安全性是勢(shì)在必行的。繼電保護(hù)能夠積極有效的預(yù)防和防止風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備故障或線路短路，能夠有效的規(guī)避風(fēng)電系統(tǒng)的事故，能夠降低風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)于社會(huì)的影響范圍，能夠杜絕人民生命財(cái)產(chǎn)侵害。因此，應(yīng)加大繼電保護(hù)在風(fēng)力發(fā)電廠110kV升壓站中的應(yīng)用，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可持續(xù)性。

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（作者單位：龍?jiān)措娏瘓F(tuán)（上海）風(fēng)力發(fā)電有限公司）