简易保护装置在风电场中的应用

文 | 张惟涛，李洋，韩常有

简易保护装置在风电场中的应用

文 | 张惟涛，李洋，韩常有

研究简易保护装置的目的与意义

风力发电作为新能源的代表，近年来迅速发展，已在电网占有一席重要位置，现作为电网的重要负荷之一，其稳定运行关乎于电网安全。

继电保护装置在电力系统发生故障或处于异常运行状态时能够迅速、正确地做出反应，从而在保证电力系统的安全稳定运行中发挥了非常重要的作用。

综合保护装置作为配电设备安全运行的重要方面，由于风电场内保护装置种类繁多，且价格较高，较难实现各类保护装置全面进行库存。如果风电场保护装置故障，必将导致设备停运等待备件，备件少则几天多则半月才能到达现场，会引起较多的电量损失；另外，一些运行人员对于复杂的保护原理了解不深，仅知保护报警时，综保显示的故障原因，不知其报警及跳闸原理，不便于故障分析和查找。

设计简单保护装置目的与意义：

（一）简易保护装置的保护作用

本继电保护试验箱可在35kV RCS－9611综合保护装置（机组集电线路保护）故障，无法起到保护作用时，充当临时保护，减少因等待备件所产生的损失电量。

（二）培训教学作用

本继电保护试验箱带有故障电流电压模拟功能，可加强运行人员对继电保护原理的学习，进一步提高员工故障分析能力。

简易保护装置的设计方案及实施情况

临时继电保护装置具备模拟试验功能，可自调节输入电压或电流，从而模拟故障进行试验，该装置还可以模拟保护动作条件及相关机械闭锁要求，从而提高相关人员的继电保护技术水平及故障处理分析能力。

在图1和图2中：KI代表过流继电器；KV1代表过压继电器；KV2代表欠压继电器；KT代表时间继电器；KM1、KM2是交流中间继电器，分别代表合闸线圈和分闸线圈；Q是双极刀闸，代表手车开关工作、试验位置的判定；SB1、SB2是点动闭合按钮，分别代表合闸按钮和分闸按钮；R1、R2是滑动变阻器、用于调节电压与电流；R3、R4、R5是电阻、用于保护线圈，防止线圈长时间带电烧损。

回路一（图1）模拟线路进线部分，继电器模拟电流互感器和电压互感器判定故障类型，分别属于过流、过压及欠压三种；回路二（图2）模拟综保装置，三种故障均导致合闸回路失电断开、分闸回路得电导通；模拟回路具有过流延时跳开、过压瞬时跳开、欠压瞬时跳开三种保护功能。

Q为手车试验位置与工作位置的判断，在Q断开时，标示手车式开关既不在合位也不在分位，分合闸回路保持原有状态，不能进行分合闸操作。

正常状态：

合闸：位置刀闸Q在合位，按下合闸按钮SB1，合闸线圈KM1得电，合闸回路导通，回路中带自保持回路，合闸指示灯常亮，同时分闸回路失电，分闸指示灯灭。

分闸：位置刀闸Q在合位，按下分闸按钮SB2，分闸线圈KM2得电，分闸回路导通，回路中带自保持回路，分闸指示灯常亮，同时合闸回路失电，合闸指示灯灭。

故障状态：

当开关处于合闸状态时，由于故障KI、KV1、KV2中任意一个继电器得电，导致回路中相应继电器的常开触点闭合，分闸回路导通，分闸线圈KM2得电，常开触点KM2闭合，分闸回路自保持，同时常闭触点KM2断开，合闸自保持回路失电，完成故障跳闸。

简易保护装置发挥的实际作用

临时继电保护装置具备延时过流保护，过电压、欠压保护，且可扩展延时保护功能具备集电线路所涉及相关的保护，可在输变电设备继电保护装置出现异常或无法起到保护作用时，代替继电保护装置起到保护作用，保证设备不失去保护，保证电网安全稳定运行。

在风电场35kV集电线路上设置相间短路故障，故障后线路电压、电流变化见图3。图中，1－4通道为故障线路所处母线各相电压及零序电压，21－24通道为故障线路各相电流及零序电流。

高压母线相间故障，经风电场主变压器及风电机组箱式变压器电压变换后，电压Ub降幅最大，峰值由正常单相21kV降到10kV，二次值峰值由60V降到20V，B相电流峰值由0A（工频）增加到3.5kA（频率约46Hz），故障持续500ms。

由图4可看出，过流保护在500ms是动作，切除故障线路，恢复母线正常。

如果故障线路在无保护情况下，不能及时切除会造成电缆绝缘损坏，甚至威胁主变和故障线路所在母线的其他线路及附属箱变的绝缘，造成事故扩大。

短路电流及动作时限可依据现场实际情况进行修改设定，保证故障线路快速切除，无故障线路安全稳定。

同时可在无故障情况下进行模拟试验，使用回路一（图1）中的R1、R2对检测的电压、电流进行调节，从而达到保护动作条件，可实现保护原理教学功能及保护精度和灵敏度校验功能。

结束语

通过对临时继电保护装置的设计与制作，参与人员大大提高了自身的动手能力，提高了自主创新和解决问题的能力。试验箱制作完成后，针对各类保护动作的共同点和不同点，对运行人员进行了系统的培训，在了解和掌握试验箱原理的基础上，动手实操，以试验箱为点，站内其他保护设备为面，以点带面，逐步学习。

通过后续的培训工作，使运行人员对站内设备保护原理有了更深刻的认识，提高了运行人员对保护动作的原理分析和迅速查找故障点的能力。

（作者单位：神华集团国华（通辽）风电有限公司）