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摘要:隨著陸上風電場裝機容量越來越大，為提高陸上風電場環境復雜情況下的運行安全穩定性，基于陸上風電場升壓站電網的系統相關性能，結合被保護對象的特點對繼電保護進行合理配置，應具有選擇性、速動性、靈敏性與可靠性，能有效切除故障或控制故障范圍，盡可能地減少短路故障所帶來的損失，進而確保整個風電場安全運行。

關鍵詞:陸上風電場升壓站;繼電保護;配置;分析

隨著我國風力發電的不斷發展和國家能源發展戰略，陸上風電場等新能源成為我國電力系統中的一個重要組成部分。陸上風電場是否可以穩定運行能夠對電力系統運行的安全性、穩定性以及相關用戶的用電安全等產生直接影響。所以陸上風電場升壓站的繼電保護問題成為了人們廣泛關注的話題，如何合理地配置繼電保護，同時進一步提升發電安全性和穩定性，成為了陸上風電場升壓站著重思考的問題。現階段我國陸上風電場升壓站在繼電保護方法和手段上有較大的提升，針對陸上風電場升壓站繼電保護配置陸續發布相關規范標準及原則，正在不斷的完善陸上風電場升壓站繼電保護配置。目前陸上風電場升壓站以集電線路、匯集母線、線變組和送出線路進行的綜合保護配置為主。本文針對陸上風電場升壓站繼電保護的配置進行簡要分析，為陸上風電場升壓站安全穩定運行提供參考。

1繼電保護的主要作用及基本要求

1.1繼電保護主要作用

在電力系統中，繼電保護是通過預防事故或縮小事故范圍來提高系統運行的可靠性，最大限度地保證系統安全穩定。當被保護設備發生故障時，繼電保護可根據系統情況進行檢測并做出反應，將故障切除。同時繼電保護對異常情況發出相應的告警信號，以便值班人員及時進行處理，或由裝置進行自動的調整等。但繼電保護具有一定局限性，可在一定的延時范圍內，依據故障具體情況做出反應，減小故障影響范圍。

1.2繼電保護的基本要求

繼電保護必須具有正確區分被保護元件是處于正常運行狀態還是發生了故障，是保護區內故障還是區外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統發生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。因此，繼電保護裝置基本要求具有四性。1)選擇性。指當電力系統中設備或線路發生故障時，繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。2)速動性。指繼電保護裝置必須盡快地切除故障，以減少故障部位對其他設備及系統的影響，降低設備的損壞程度，提高系統并列運行的穩定性。3)靈敏性。指在被保護范圍內發生短路故障或異常情況時，繼電保護的反應能力。繼電保護對于范圍內的故障，不論短路點的位置，短路類型，系統運行方式如何，都能正確反應動作。4)可靠性。繼電保護必須對應該動作的故障時可靠動作，即不拒動;在正常運行時不出現錯誤反應，即不誤動［1－2］。

1.3繼電保護配置的原則

首先，要依據保護對象的故障特征進行配置。通過對需要保護的對象運行狀態及故障量等數據分析，結合故障的位置及等級的不同，安裝不同的繼電保護裝置。繼電保護采用最普遍的工頻電氣量，通過電力元件的電流和母線電壓及衍生出的其它量，從而構成電流保護、電壓保護、方向保護、差動保護、阻抗保護等。其次，可依據保護對象的電壓等級和重要性。根據電壓等級的不同，系統的繼電保護配置要求也不同。比如220kV及以上設備，穩定性的要求較高，因此其對切斷故障所需的時間要求也較高，因此配置雙重化兩套主保護，強調主保護。主保護需保障設備的安全性及可靠性，以最快的速度選擇需要保護的線路，對有故障存在的線路進行隔離和切斷。對低電壓等級的設備或系統方可采用運后備方式，在故障設備本身保護裝置無法正確動作時相鄰設備的保護延時動作。再次，滿足可靠性前提下盡可能簡化二次回路。繼電保護系統是二次回路和繼電保護裝置有機組成，二者相輔相成，缺一不可。二次回路保障電力生產的安全及繼電保護裝置正常的運行起著重要的作用。復雜的二次回路會導致繼電保護裝置無法正確地感受系統的實際工作狀態而不正確動作。所以滿足條件下應盡量簡化接線。最后，注意相鄰設備保護裝置的死區。系統的各個元件這配置相應的繼電保護裝置不應出現保護死區。在設備選型時合理配置電流互感器，設備之間的保護范圍應有交叉［3］。

2陸上風電場升壓站典型接線方式

目前陸上風電場大多采用220kV或110kV電壓等級，接入電網系統，陸上風電場升壓站高壓側采用單母線或線變組接線方式，低壓側采用單母線或者單母線分段方式，本文針對陸上風電場110kV升壓站，主接線圖如圖1所示。圖1為某陸上風電場，總裝機容量50MW，25臺單機容量2.0MW風電機組。每臺風電機組發出的電能經其現地箱式變電站升壓至35kV后，經各自集電線路接入陸上風電場110kV升壓站35kV配電裝置室內的35kV母線，經主變升壓到110kV后，以1回110kV出線接至電網變電站110kV側。35kV母線采用單母線接線，110kV側采用線路變壓器組接線。

3陸上風電場升壓站繼電保護配置

3.1110kV送出線路保護

陸上風電場110kV送出線路兩端配置1套同型號保護裝置，其主保護為光纖電流差動保護，后備保護采用三段相間距離、接地距離保護，四段定時限零序方向過流保護，保護裝置具有三相一次重合閘功能。線路故障時，主保護拒動后備保護延時動作。電網側距離、接地保護按躲過升壓站主變低壓側故障進行整定;陸上風電場側距離、零序保護與電網側距離、零序保護配合，防止誤動。在線路任何條件下，在保護范圍內發生各種故障時，保護應能正確動作。在保護區外發生故障或故障切除、系統操作等情況下，保護不應誤動作。110kV送出線路保護配置三相一次重合閘裝置，可實現檢同期合閘、檢無壓合閘和不檢查合閘，檢壓元件可用同名相線電壓，也可用相電壓［4］。根據規定，110kV送出線路保護配置為:線路兩端主保護及后備保護均投入，電網側啟用重合閘，陸上風電場側停用重合閘。

3.2主變壓器保護

升壓站主變保護采用微機型保護，配置保護有差動、高壓側后備和低壓側后備、非電量保護。差動保護，反應主變內部故障，保護主變高低壓側CT之間，保護動作跳主變高低壓兩側斷路器。差動保護采用多CPU結構，防止因CPU異常時保護拒動。高壓側配復合電壓閉鎖方向過流保護，保護設為二段二時限，兩段均選擇帶方向，方向指向高壓側，并與陸上風電場側送出線路保護配合。第一時限動作跳低壓側斷路器，第二時限動作跳高壓側和低壓側斷路器。高壓側復合電壓閉鎖過流保護，設一段一時限，延時動作跳高壓側和低壓側斷路器。高壓側零序過流保護，保護設三段一時限，Ⅰ段帶方向，方向指向變壓器，延時動作跳高壓側和低壓側斷路器;Ⅱ、Ⅲ段不帶方向，延時動作跳高壓側和低壓側斷路器。CT外接主變中性點CT。高壓側中性點放電間隙保護，包括零序電流和零序電壓，因主變低壓側帶電源，中性點一般接地運行，間隙保護僅在失去中性點啟用保護。保護設一時限，延時限延時動作跳高壓側和低壓側斷路器，零序過壓保護要求取外接3UO。低壓側復合電壓閉鎖方向過流保護，保護設為二段式，每段帶二個時限，第一時限跳低壓側斷路器，第二時限跳高壓側斷路器，并與集電線路過流保護配合，形成時限級差，作為集電線路本體保護拒動后的遠后備保護，并可靠躲過35kV間隔系統接地時流經主變的零序電流的計算值，保證接地保護動作的選擇性。變壓器低側過電流對低壓側集電線路末端相間故障的靈敏度不夠，低壓側過流Ⅲ段保護經復壓閉鎖。主變高壓側、低壓側均配置過負荷保護，發信號。主變本體和有載調壓開關均配置非電量保，重瓦斯跳閘，輕瓦斯發信號。壓力釋放動作發信號。主變油溫和繞溫，溫度高發信號。油位異常發信號。雖然現在繼電保護裝置技術已非常成熟，一臺裝置集成了主變壓器所有的保護種類和測控功能，但是繼電保護的四要素中的最主要的一條是可靠性，所以為了保證主變壓器在實際運行中，單臺保護或測控裝置出現故障時，主變壓器也能可靠運行。一般采用以下配置原則:①保護和測控分開配置;②保護裝置采取主保護和后備保護分開配置;③測控采取高低壓本體分開配置;④110kV以上主變壓器的操作箱與測控裝置分開設置。這樣就保證運行中如果某一臺保護裝置壞了退出，而主變壓器也可以安全有保證的運行［5］。

3.335kV母線保護

陸上風電場匯集線系統的母線每段應配置一套母線保護，作為母線故障的主保護。母線配置差動保護，經電壓閉鎖，進行母線區內故障的動作，跳各支路斷路器。保護裝置的差動回路包括母線大差回路和各段母線小差回路。母線差動保護由分相式比率差動元件構成，母線大差是指除母聯開關外所有支路和分段電流所構成的差動回路。母線的小差是指該段母線上所連接的所有支路(包括母聯和分段開關)電流所構成的差動回路。母線大差比率差動用于判別母線區內和區外故障，小差比率差動用于故障母線的選擇。

3.435kV接地變/兼站用變保護

為減少維護，陸上風電場現多采用干式接地變兼站用變。其保護配置有速斷過流、帶時限過流保護、零序過流保護。相間短路故障，速斷過流保護跳本間隔及主變低壓側斷路器;低壓側、系統接地故障，帶時限過流保護與其他間隔零保護配合，跳本間隔及主變低壓側斷路器，過流Ⅱ段與集電線路等間隔零序保護配合，形成時限級差，可作為零序保護的近后備保護;接地變及系統接地故障，零序過流保護與其他間隔零保護配合，跳本間隔及主變低壓側斷路器，零序CT用接地變電阻柜內CT。僅為站用變不聯跳主變低壓側。

3.535kV集電線路保護

集電線路配置三段式過流、零序過流保護，保護范圍為線路全長，即線路最末端一臺箱變高壓側，保護動作于本間隔斷路。過流保護不經方向與電壓閉鎖。陸上風電場設置零序過流保護能夠滿足單相接地快速切除故障要求，故一般不采用零序功率方向保護。其中過流保護于主變低壓側過流保護配合，零序過流保護與接地變零序過流保護配合，零序為外接零序。過負荷保護為告警發信。

3.635kV無功補償裝置保護

為保證SVG對環境的適應性，減少減壓變運行維護，現陸上風電場無功補償裝置(SVG)基本采用水冷直掛式。無功補償裝置本體配置相應靈敏度高的保護。無功補償裝置開關的保護配置有二段式過流、零序過流、過電壓、低電壓、不平衡電壓保護，保護動作本間隔斷路器。零序電流為外接零序。

4陸上風電場升壓站繼電保護分析

陸上風電場保護與配電網繼電保護具有較大的區別，陸上風電場零序保護主要分為主變高壓側和低壓側兩種部分。通常高壓側零序保護采用中性點直接接地零序與間隙零序保護相互配合方案;低壓側主要采用小電阻接地方式或采用接地變接地方式。采用這種接地方式下，陸上風電場集電線系統可以采用零序電流識別單相接地故障。對于超出接地零序CT范圍外的母線采用母差保護。對于母線上的站用變(接地變)、無功補償裝置同時也配置零序電流保護。采用該方案的保護配置對風電場升壓站站內的所有電氣設備進行了全覆蓋。對陸上風電場升壓站繼電保護配置簡要闡述了方案，方案中設備通過主保護與后備保護的相互配合，讓保護更加全面，可以盡可能地降低故障所帶來的損失。但在風電場實際運行中繼電保護配置還需進行定值整定，定值整定計算和保護的配置需充分考慮故障電流的影響［6］。對于陸上風電場升壓站集電線路，現階段各風電場風電機組普遍采用T接單回線路方式接入系統，依據當前的保護配置方案，在集電線路出現故障時，目前現有的故障測距方法，難以區分故障點具體在哪條分支中，使得在查找故障點方面存在著一定的困難，因此需要進一步研究。

5結語

綜上所述，隨著陸上風電場裝機容量越來越大，環境的復雜，為提高陸上風電場運行安全性以及穩定性，在陸上風電場升壓站保護配置時，需要考慮到接入提高電網的系統相關性能，結合保護對象特點進行合理配置，能有效切除故障或控制故障范圍，盡可能地減少短路故障所帶來的損失，進而確保整個風電場更好地運行。

作者：程興明 單位：大唐廣元風電開發有限公司