保障风力发电系统正常运行的保护方案及措施

2015-06-01牛问涛

中国科技纵横 2015年10期

关键词：风力风电场风电

牛问涛

(内蒙古能源发电投资集团新能源有限公司,内蒙古呼和浩特 010010)

保障风力发电系统正常运行的保护方案及措施

牛问涛

(内蒙古能源发电投资集团新能源有限公司,内蒙古呼和浩特 010010)

我国早期风力发电系统应用不是很广泛,在电力系统中所占的比例也很小,一旦出现问题风力发电系统就会立即脱网进行自我保护,而在风力发电日益发达的今天,风机脱网会导致电网的电压及频率极度降低,不但不能自我保护反而增加事故甚至出现崩溃的状况。本文主要针对当前风力发电系统正常运行存在的问题提出合理解决方案及对策。

风力发电风机脱网电压脱网

随着风力发电系统的不断发展，由于风力发电系统未能正常运营而导致的整个电网安全运行问题的频频出现。早起在开展保护电力系统及对应的整定计算时，过于片面，只是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，未考虑在电网出现事故时风电场给与的短路电流，没有将风电场对电网的影响考虑在内。

1 风力发电系统中高压脱网事故的原因分析及应对措施

风力发电系统中的高压脱网事故近年来越来越频繁，2011年4月甘肃酒泉风力发电系统出现大规模的脱网，是我国最大一起风机脱网事故，它与三年前吉林电网大范围的脱网故障如出一辙，损失了将近一倍的电量。除了人们熟悉的这场事故外还有2008年4月吉林白城的富裕风电场等4个风电场内所有的风机跳闸，甘肃捡财塘、河南清源风由于受到电铁、冶金等影响最终导致电压保护不平衡发生跳闸停机。

据相关调查显示，风电场大规模脱网事故不断发生的诱因是风电场内部接地不当导致风电机组的电压极度下降造成的，由于不适宜的中性接地方法导致电压过低，对应的风机没有能力让低电压穿越便会出现电机组脱落。事故在切除之后由于风电场不适宜装置保护的措施和无功补偿设备控制不到位就会导致电压提升，随之便出现更多机组电压脱网事故，整个脱网事故呈现不断恶化的状态。脱网事故的发生不仅显示出我国风电场电压保护定值的不规范同时也提醒着我们要积极应对风电场继电保护的特殊性。

我国脱网事故一旦发生都是大范围的脱网，发生的频率也是相当高的，1/3的总脱网机组量都是由于高压所导致的脱网机组。为了确保整体的电压系统下降最后呈现出正常的电压水平，事故发生后现场的处理人员要亲自进入切除电容器组。有效防止风电机组高压脱网事故的发生，需要严格的设定电容器组及风电组过电压的保护数值，在电压超过了设定值时确保电容器组及时的断开，防止风电组高压脱网有效降低电网内部的无功过剩的量。

2 切实有效保护风电机组的电压

特别强调对风电机组的电压进行有效保护，是因为风电机组其本身的耐用水平比其他装置就要低，要对过电压保护设备进行专门的配置。风电机组的电压波动范围也是非常严格的，过电压的允许范围不会超过额定电压的1.2倍。分析其原因主要是发电机的装置是旋转式的，其绝缘能力很弱尤其是在匝中间的线圈部分，与其他的同级别装置相比对应耐压水平明显低很多。相关发电机组和变频器直流电容所的耐压力是限制风电机组耐压能力的关键。根据相关标准，匝间的绝缘能力一般不会受到破坏，发电机组如果能承受住3分钟的1.3倍额度定电压的。如果电网的电压高出变频器的电压相关的变频器就会产生反向流动的功率，电流由电网两侧流入变频器中，在这种情况下直流电的容器电压升高如果超出了耐受力电容器就会出现损坏。

风电机组厂家通常会把对应电器的动作定值设置好，他们厂家设定值时比较保守，对应设置数值与标准的风电机组耐压力低很多，各个厂家对不同风电机组的型号在过电压保护值的设定上也是不同的。通常在风力发电机的口端也就是690伏边侧，装设电压继电器以及负荷的开关这样做的好处是在风力发电系统产生工频过电压时，可以可靠切除对应的风电机组从而保护发电机以及变频器。

3 充分考虑发电系统的出口电压

要将出口电压差充分考虑是因为它受到风力发电机的机端电压特殊性的影响，因为风力发电机处对应的就是电源，趋势是发电机流向提升变电站的主要变压器低压边侧，在对应机组发电时升压站的低压母线电压通常低于风力发电机的机端电压，这里的电压差就是风电组和集电线路的升压、变压器的降压的总和。

因为综合的复杂因素出口端电压会因为风电机组的无功调整能力而减小，面对这样的情况我国有很多风电机组却是利用恒定的功率运行，不具备对应的无功调节功能。这样会导致35千伏的母线电压会低于发电机出口处的电压值。

4 不同风力发电系统的继电保护方案及原则

对于IG机组的继电保护而言主要是风电场的短路电流对其线路电流充分保护方面。相关线路的速断电流保护往往受到IG风电场短路电流的影响，在保护设备上对应保护动作所需要的时间比5个周波还要小，从而要将风电场的短路电流对其线路电流保护充分考虑。D-PMSG机组的风电场需要强调的是在其对应的容量接近或者大于220千伏的输电线路时，就一定要在风电机专线上装设及时跳闸设备以备不时之需。

对35千伏汇集线路进行保护是应当考虑利用远后备的原则来进行，在必要时可以利用方向式的器件，或者在对应的体系边侧装设过流保障设备，这种设备可以装设成三段式的，它距离适宜。在选线设备上要配备对应较小电流接地事故的选线设备尤其是在中性点经由消弧线圈的基地体系中输出线路在两边重合闸的位置要使用三相重合闸的方法。在接近或大于220千伏以上的风力发电系统输出时要注意在输出线路的两旁分别配置微机保护设备以用来分相电流差动。如果风电场的容量过大时则需考虑两侧的电源在重合闸的时候。两侧电源对应的成合闸设备要具有同时检测判定的能力。

针对风力发电机组的具体检修策略是必要的。目前切实可行的检修策略主要包括以下几种：定期检查检修；预防式的检修；针对性检修；统一维修。