內(nèi)蒙古龍源蒙東新能源有限公司 張 銳
電力系統(tǒng)在運(yùn)行中可能會發(fā)生各種故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài),并網(wǎng)風(fēng)電場最常見故障是各種短路故障,當(dāng)發(fā)生短路故障時短路電流的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)可能直接導(dǎo)致設(shè)備損壞,更嚴(yán)重的后果會破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性引起系統(tǒng)振蕩,甚至造成系統(tǒng)瓦解,因此就需保護(hù)裝置能準(zhǔn)確可靠快速地切除故障點(diǎn)。風(fēng)電場涉及到保護(hù)配置和整定計算的電氣設(shè)備主要包括主變壓器、母線、無功補(bǔ)償裝置、輸電線路、站用變、接地變、箱變和風(fēng)電機(jī)組。
大型風(fēng)電場繼電保護(hù)配置圖1。
圖1 大型風(fēng)電場繼電保護(hù)配置圖
風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)斷路器是風(fēng)電機(jī)組的主保護(hù),配置如下:長延時保護(hù)。長延時保護(hù)動作電流需大于風(fēng)電機(jī)組的額定電流,動作時間應(yīng)躲過允許短時過負(fù)荷的持續(xù)時間;短延時保護(hù)。短延時保護(hù)動作電流值應(yīng)大于風(fēng)電機(jī)組低穿故障穩(wěn)態(tài)電流,短延時動作時間應(yīng)比后一級保護(hù)的動作時間長一個時間級差[1];瞬時速斷保護(hù)。瞬時速斷保護(hù)動作電流值應(yīng)躲過尖峰電流。實(shí)測數(shù)據(jù)表明,雙饋風(fēng)機(jī)正常低穿動作情況下,流經(jīng)斷路器的短時故障電流不大于4倍額定電流左右;接地保護(hù)。主要考慮在出現(xiàn)最大不平衡電流時可靠不動作,但是發(fā)生接地故障時要可靠動作。
箱變低壓側(cè)斷路器應(yīng)配置長延時保護(hù)、短延時保護(hù)、瞬時速斷保護(hù)及接地保護(hù)。保護(hù)范圍是從風(fēng)機(jī)側(cè)斷路器到箱變低壓側(cè)線路,同時也兼具風(fēng)機(jī)側(cè)斷路器后備保護(hù)功能;線路保護(hù)配置:匯集線路應(yīng)在母線側(cè)配置一套線路保護(hù),保護(hù)配置過流I 段、過流II 段、過流III 段、過負(fù)荷、零序I 段、零序II段。對于相間短路,應(yīng)配置階段式過電流保護(hù)(過流I 段、過流II 段、過流III 段);中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng),配置反應(yīng)單相接地短路的兩段式零序電流保護(hù)(零序I 段、零序II 段)。
母線保護(hù)配置。母線是電能集中和分配的重要電氣設(shè)備,母線上電壓互感器、電流互感器、隔離開關(guān)、斷路器、避雷器等設(shè)備故障均需母線保護(hù)裝置切除。母線保護(hù)應(yīng)具有差動保護(hù)、分段充電過電流保護(hù)、分段死區(qū)保護(hù)、TA 斷線判別、抗TA 飽和、TV 斷線判別和復(fù)壓閉鎖等功能。
電容器保護(hù)配置。電容器應(yīng)配置電流速斷和過流保護(hù),作為電容器組和斷路器之間連接線相間短路保護(hù):過電壓保護(hù)和低電壓保護(hù)。線電壓過高或過低時,電壓元件帶時限的保護(hù)動作于跳閘;零序電流保護(hù)。對于低電阻接地系統(tǒng)中,作為接地故障主保護(hù)和后備保護(hù);配置中性點(diǎn)不平衡電流、開口三角電壓、橋式差電流或相電壓差動等不平衡保護(hù),作為電容器內(nèi)部故障保護(hù)。
主變壓器保護(hù)配置。220kV 及以上電壓等級變壓器按雙重化原則配置主、后備一體的電氣量保護(hù),同時配置一套非電量保護(hù)。110kV 電壓等級變壓器配置主、后備一體的雙套電氣量保護(hù)或主、后備獨(dú)立的單套電氣量保護(hù),同時配置一套非電量保護(hù);電氣量保護(hù):差動保護(hù)、過流保護(hù)、零序保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù);非電量保護(hù):重瓦斯、輕瓦斯保護(hù),油溫保護(hù),壓力釋放保護(hù),壓力突變保護(hù)。
站用變保護(hù)配置。對于風(fēng)電場而言,站用變?nèi)萘恳话愣夹∮?0MVA,應(yīng)配置電流速斷保護(hù)和過流保護(hù)。針對低電阻接地系統(tǒng),高壓側(cè)還應(yīng)配置兩段式零序電流保護(hù)作為接地故障主保護(hù)和后備保護(hù);接地變保護(hù)配置。接地變應(yīng)配置電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)作為內(nèi)部相間故障的主保護(hù)和后備保護(hù)。配置兩段式零序電流保護(hù)作為接地變壓器單相接地故障的主保護(hù)和系統(tǒng)各元件單相接地故障的總后備保護(hù)。
風(fēng)機(jī)額定電流為In 時,風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)斷路器定值與時間分別為:長延時保護(hù)1.2In/10~30s;短延時保護(hù)2.0~3.0In/0.1~0.3s;瞬時速斷保護(hù)4.0~5.0In/0s;接地保護(hù)0.4~0.8In/0.4~0.8s。箱變低壓側(cè)斷路器定值為分別為:長延時保護(hù)1.2In/10~30s,比風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)斷路器延時1.0~2.0s;短延時保護(hù)2.0~3.0In/0.1~0.3s,比風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)斷路器延時0.1~0.2s;瞬時速斷保護(hù)4.0~5.0In/0s;接地保護(hù)0.4~0.8In/0.4~0.8s,比風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)斷路器延時0.1~0.2s。
過流I 段:整定時間0s,按躲過本線路箱變低壓側(cè)最大三相短路電流整定:IDZ>Krel×+Imax(Krel=1.3),按保證線路末端相間短路有足夠靈敏度整定,靈敏系數(shù)取1.5。按躲過勵磁涌流整定,線路接入箱變臺數(shù)乘以7~10倍的額定電流;過流II 段:整定時間0.3s。按可靠躲開最大負(fù)荷電流整定,可靠系數(shù)取1.2,返回系數(shù)取0.95;過流III 段:整定時間0.6s。保證線路最遠(yuǎn)箱變低壓側(cè)相間短路有足夠靈敏度整定,靈敏系數(shù)取1.5。
過負(fù)荷:整定時間6s。按可靠躲開最大負(fù)荷電流整定,可靠系數(shù)取1.05,返回系數(shù)取0.95;零序I段:整定時間0s。線路末端單相接地故障由足夠靈敏度整定IDZ=(3I0接地變+3I0線路)/Ksen(Ksen=2);零序II段:整定時間0.3s。按可靠躲開本線路電容電流整定IDZ>Krel×Ic(Krel=1.5)。
母線選擇元件定值:按躲過主變低壓側(cè)二次回路斷線時由負(fù)荷電流引起的差電流整定IHcd>1.1×Ikmax(Ikmax為母線上任一元件最大負(fù)荷電流);TA 斷線電流定值:按躲過最大不平衡電流,一般整定為CT 額定電流的0.05~0.1倍;TA 異常電流定值:按躲過正常運(yùn)行實(shí)測最大不平衡電流,一般整定為CT 額定電流的0.02~0.1倍。
過流I 段:整定時間0s。按電容器端部引線故障有靈敏度整定,一般取3~5倍額定電流IDZ<Ikim/Ksen,IDZ=n×IN(Ksen≥2,n=3~5);過流II 段:整定時間0.3s。按可靠躲電容器額定電流整定,一般取1.5~2倍額定電流;過電壓保護(hù):按照1.3倍電容器額定電壓整定,整定時間30s;低電壓保護(hù):按照電容器所接母線失壓后可靠動作整定,一般取0.2~0.5倍額定電壓,整定時間0.6s;防止TV 斷線保護(hù)誤動:經(jīng)電流閉鎖,按0.5~0.8倍額定電流整定,整定時間0.6s。
零序I 段:整定時間0.2s。按電容器端部引線單相接地故障有靈敏度整定IDZ=(3I0接地變+3I0線路)/Ksen(Ksen≥2)零序II 段:整定時間0.3s。按照可靠躲正常運(yùn)行時出現(xiàn)的零序電流整定IDZ=(3I0接地變+3I0線路)/Ksen(Ksen=4)。
差動啟動電流Iop.min=(0.3~0.6)Ie,一般工程宜采用不小于0.3Ie 的整定值。差動速斷定值:按躲過變壓器可能產(chǎn)生的最大勵磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定,Iop=K×Ie,Ie 為變壓器的額定電流、K 為正值系數(shù),推薦值如下:6300kVA 及以下7~12,6300~31500kVA4.5~7,40000~120000kVA3~6,120000kVA 及以上2~5;復(fù)壓閉鎖相間低電壓Uop=(0.6~0.7)Un,復(fù)壓閉鎖負(fù)序相電壓Uop.2=(0.06~0.08)Un。
低后備:復(fù)壓閉鎖過流I 段。整定時間與低壓側(cè)出線過流I 段配合,按變壓器低壓側(cè)匯集線路末端相間故障有足夠靈敏度整定,靈敏系數(shù)取1.5,IDZ<Ikim/Ksen,按可靠躲過負(fù)荷電流整定IDZ>Irel/Kre×IN(Krel=1.2;Kre=0.95);復(fù)壓閉鎖過流II 段:整定時間與低壓側(cè)出線過流II 段配合。按變壓器低壓側(cè)各35kV 集電線路末端相間故障有較高靈敏度整定,靈敏系數(shù)取2。按可靠躲過負(fù)荷電流整定,可靠系數(shù)取1.2,返回系數(shù)取0.95。
高后備:復(fù)壓閉鎖過流I 段。整定時間與低壓側(cè)復(fù)壓過流時間配合,按低壓側(cè)母線故障有靈敏度整定,靈敏系數(shù)取1.5。按可靠躲過負(fù)荷電流整定,可靠系數(shù)取1.3,返回系數(shù)取0.95。按與主變低壓側(cè)過流保護(hù)定值配合整定,大于1.1倍的低壓側(cè)過流I 段定值;過負(fù)荷報警:整定時間與變壓器允許的過負(fù)荷時間相配合,IDZ=Krel/Kre×IN(Krel=1.05;Kre=0.85~0.95);零序保護(hù):零序保護(hù)整定值根據(jù)調(diào)度下發(fā)定值設(shè)置。
過流I 段:整定時間0;按高壓側(cè)引線故障有靈敏度整定,靈敏系數(shù)取2;按躲過站用變低壓側(cè)母線最大三相短路電流整定,可靠系數(shù)取1.2,返回系數(shù)取0.95;按躲過勵磁涌流整定,大于7~10倍的額定電流;過流II 段:整定時間0.3s。按站用變低壓側(cè)故障有靈敏度并可靠躲負(fù)荷電流整定IDZ<Ikim/Ksen,IDZ>Krel/Kre×IN(Ksen=1.5;Krel=1.2;Kre=0.95);零序I 段:整定時間0s。按對站用變高壓側(cè)單相接地故障有靈敏度整定IDZ=(3I0接地變+3I0線路/ Ksen(Ksen≥2);零序II 段:整定時間0.3s。按可靠躲開正常零序電流整定IDZ=(3I0接地變+3I0線路/ Ksen(Ksen=4)。
過流I 段:整定時間0s。按保證接地變電源側(cè)在小方式下相間短路時有足夠靈敏度整定,靈敏系數(shù)取2。按躲過勵磁涌流整定,大于7~10倍的額定電流;過流II 段:整定時間0.3s。按可靠躲額定電流整定,可靠系數(shù)取1.2,返回系數(shù)取0.95;零序I段:整定時間0.6s。按單相接地故障有靈敏度整定IDZ=3I0線路/ Ksen(Ksen=2);零序II 段:整定時間0.9s。按可靠躲過線路的電容電流整定IDZ=Krel× 3I0線路(Krel=1.5)。
綜上,對并網(wǎng)風(fēng)電場電氣設(shè)備繼電保護(hù)配置及定值整定計算分析的目的,就是要保證裝置整定滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求,當(dāng)出現(xiàn)故障時能夠準(zhǔn)確、可靠、快速地切除故障,保證風(fēng)電場電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。