奉贤海湾风力发电场并网保护的配置

月Vol.33　No.5 M ay　2005

重合闸装置需要整定为检有压方式。

另外还有一点也需要特别加以注意,即旁路开关与线路开关的配合问题。如旁路开关打开线路开关再重合,则冲击电流直接作用于TCSC设备,但TCSC的快速投入有助于维护故障后的系统恢复与稳定。如果线路开关先重合然后再打开旁路开关,对T CSC的冲击较小,但对系统的快速恢复不利。由于重合闸方式已经考虑到了对侧先合,本侧检三相有压后再重合,大大降低了TCSC 设备重合于故障的概率,因此旁路开关先于线路开关动作是合理且有效的方式。

3　对策研究

总之,T CSC设备对于电流差动保护的影响较小,应尽可能优先采用光纤电流差动保护作为配备TCSC设备的线路主保护,如果采用高频保护,则须考虑到TCSC设备可能会使选相元件不能正常工作以及在谐波电流下的高频阻波器的工况。

对于ALPS保护,在保护判据上引入了电平检测,其数值略高于MOV动作电压水平,这样可以有效避免本侧母线故障对侧距离保护误动的问题。而南瑞公司的距离保护采用工频变化量为动作判据,其动作特性受TCSC设备影响较小,可以有效应用于安装TCSC设备的线路上。

综上所述,如果在福双线路上安装TCSC设备,除了TCSC设备本身以及自备的保护装置外,还需要对变电站内相关的保护进行改造,改造范围包括站内几乎全部的500kV等级的线路保护,以及对侧的线路保护。只要采取了正确的技术措施,可以完全确保TCSC设备的安全稳定运行。

收稿日期:2005202201

作者简介:鲍　伟(19692),男,硕士,高级工程师,主要从事电力系统继电保护的研究。

　　经验交流　奉贤海湾风力发电场

并网保护的配置

冯　欢

(上海市电力公司　奉贤供电分公司,上海　201400)

摘　要:上海奉贤海湾风力发电场并入上海电网,介绍了接入35k V变电站的保护,并针对并网后可能产生的问题对保护进行了分析。通过短路电流计算,分不同短路点设置相应的保护方案并进行了分析,认为该风力发电场采用的G522850型风力发电系统具有低电保护,对电压波动的敏感使并网电站的保护配置简便,这个特性有利于风力发电的推广应用。

关键词:风力发电;短路电流;保护

中图分类号:T M614　　文献标识码:B　　文章编号:100129529(2005)0520058204

Protecti on conf i gura ti on for gr i d i n terconnecti on of Fengx i a n W i n d Power F i eld

FEN G Huan

(Fengxian Power Supp ly Company,S MEPC,Shanghai201400,China)

Abstract:The p r otecti on of the35k V Xinhai Substati on used for grid interconnecti on of Fengxian W ind Power Field t o Shanghai Electric Power Grid was intr oduced.Thr ough the short2circuit current calculati on,the corres ponding p r o2 tecti on p lans were configured by different short2circuit points and analyzed.It is considered that the sensitivity of the generating units adop ted by the wind power units t o voltage fluctuati on si m p lifies the p r otecti on configurati on of the substati on.

Key words:wind power;short2circuit;p r otecti on

　　奉贤海湾风力发电场总装机容量为4×850k W。所采用的是前置三叶片、变速、变桨双馈冯　欢　奉贤海湾风力发电场并网保护的配置59(总344)

式,并且主动偏航的G522850型风力发电机组。叶

轮直径为52m。风力发电机组的运行通过远程

SGI PE风场管理系统来集中控制。2003年11月,

并入上海电网投运,连接到35k V新海变电站10

k V侧。

1　并电网后保护方面的主要问题

(1)电厂专用线路发生故障应可靠跳闸。

(2)其他线路故障,电厂倒送的短路电流不

应引起电厂专用线跳闸。

(3)主变高压侧差动保护区外故障,电厂专

线应可靠切除故障。

(4)站内10k V母线故障,电厂专线应切除。

为保证自切的成功及消灭保护死区,主变保护动

作时需要联跳风力发电厂联络线开关。主变保护

动作联跳联络线开关。

(5)站内上级电源失电,应保证让自切成功。

新海站上级电源失电,发电厂应保证快速切断,以

保证新海站自切保护的动作成功以及发电厂的快

速恢复。

2　并网保护的配置

2.1　新海站的保护

35kV新海站主变高压侧流变变比为400/5

A,主变保护为SEL387差动保护,35kV侧配置

一套SEL351过流保护、过负荷保护和零流保护

(保护启动电流7A,换算到一次侧为560A)。

海8风力线路流变变比为400/5A,线路保护配

置过电流保护(反时限,4A启动,2I时1.8s动

作,3I时 1.13s动作,5I时0.77s动作,20A

时0s动作,即电流速断时的一次电流为1600

A)。35kV内桥配置自切装置,10kV分段配置

自切装置。

2.2　短路电流计算

(1)参数计算

已知风力发电机容量为S

e

=850k VA,cos<

=1,次暂态阻抗X″d=14.11%;发电机断路器到

升压变压器间的连接导线,阻抗X

1

=0.07/2

Ω/k m,L

1

=0.075k m;升压变压器断路器到出线

间的连接导线、10k V联络出线,阻抗X

2

=X3=

0.08Ω/k m,L2=0.475k m,L3=1.35k m;升压变

压器容量S

T1

=1000k VA,U k=7%;新海站变压

器容量S

T2=10000kVA,U k=7.5%

。

图1　系统并网图

取基准容量S

j

=100MVA;各基准电压U35g

=37k V,U10g=10.5k V,U0.69g=0.72kV;35kV

系统短路电流U

35d

=25k A。则图2中各阻抗标

么值见表1,阻抗图见图2。

表1　阻抗值Ω/k m

阻抗X S X E X L1X L2X L3X t1X t2

公式X3S=

S j

3I d U g

X3S=

X d

100

×

S j

S e

X3L=X×L×

S j

U2X

X3t=

U k

100

×

S j

S t

标么值0.06241.160.5060.

03450.09870.75

图2　阻抗图

　　(2)计算过程

在系统最大运行方式下,各短路点三相短路。

如图3所示,d

Ⅰ

点为主变35kV短路器外侧短路,

dⅡ点为10kV母线短路或者10kV断路器外侧短

路,d

Ⅲ

点为线路3末端短路,d

Ⅳ

点为升压变高压

侧出口短路或者电厂侧断路器外侧短路,d

Ⅴ

点为

60(总345

)2005,33(5)

L 2始端短路。

表2　各点短路电流分布

k A

d Ⅰ点短路d Ⅱ点短路d Ⅲ点短路

d Ⅳ点短路

d Ⅴ点短路

短路电流

有名值

短路电流

有名值

短路电流

有名值

短路电流

有名值

短路电流

有名值

I d Ⅰ10.2267I d Ⅰ2 1.9338I d Ⅰ2 1.7256I d Ⅰ2 1.6557I d Ⅰ2 1.7256I d Ⅰ225I d Ⅱ10.66I d Ⅱ2 6.0397I d Ⅱ2 5.7950I d Ⅱ2 6.0397I d ⅠⅡ0.7935I d Ⅱ2 6.7683I d Ⅲ10.9112I d Ⅲ2 5.7950I d Ⅲ2 6.0397I d ⅠⅢ0.7935I d Ⅲ10.66I d Ⅲ2 6.0397I d Ⅴ2 6.4507I d Ⅴ10.2278I d ⅠⅤ0.1984I d Ⅴ10.2242I d Ⅴ10.2278I d Ⅳ10.2281I d Ⅴ2 6.802I d ⅣⅠ

0.1984

I d Ⅳ1

0.2242

I d Ⅳ1

0.2278

I d Ⅳ2

6.4507

I d ⅣⅠ

0.2278

1.3　

各点短路电流分布表

图3　短路示意图

　　(1)当d 1点短路时(见表2)

(2)保护配置方案及保护范围

对于10kV 线路,采用电流保护,配置过流Ⅰ段(速断)、过流Ⅱ段。联络线断路器保护范围为从线路出口到发电厂升压变高压侧出口内部。

(3)灵敏度校验1)过流Ⅰ段(速断)灵敏度校验(见图4)整定公式为I d2=1.3×I dmax (3);整定条件为系统最大运行方式,线路单回线末端三相短路;灵敏度校验条件为系统最小运行方式下,线路出口两相短路。

I dmax (3)的值可在d Ⅲ点短路表中查出,等于I d Ⅲ2=6.0397kA

I dz =1.3×I dmax (3)=1.3×6.0397=7.9516kA 系统最小运行方式时,取I s m in =0.4135d =10k V

X S m in 3=

U j

3I d U g

=0.156

图4　过流Ⅰ灵敏度校验阻抗图

X t2m in 3=X t23=0.75

X D7m in 3=X S m in 3+X t2m in 3=0.906I d =I dm in (2)=

32I d =3

2×U j 3X 3U g

=5.256kA 灵敏系数K i m =

I dm in (2)

I dz

=0.669<1可见在线路出口处两相短路时没有灵敏度,为保护线路出口处短路时能够瞬时跳闸,应降低速断保护的整定电流,使其满足灵敏度要求。

由于风力发电系统本身具有低电压保护,即电压发生±10%的波动,风力发电机会自动切除,故考虑将电流段保护范围延伸至并网变压器,降低整定电流至4000k A 。

2)过流Ⅱ段灵敏度校验(见图5)

整定公式为I dzj =

K k K jx K zgI I g max

K h

整定条件为系

统最大运行方式,线路上最大电流;灵敏度校验条件为系统最小运行方式下,升压变压器出口处线路两相短路。

线路上最大的工作电流I g max =S

3U

=0.196

k A

过流Ⅱ段的动作电流(一次侧):

)

图5　过流Ⅱ灵敏度校验阻抗图

　　I

dzj =

K k K kx K zg I I g max

K h

=1.436kA

X d8m in3=X d7m in3+X L33=1.004 X d2m in3=X d73=24.1405

X d9m in3=X d8m in3/X d2m in3

3

=

X d8m in3×

X d2m in3

3

X d8m9n3+

X d2m in3

3

=0.26

X d10m in3=X d9m in3+X L23=0.9271

I IⅤ2m in=

100

3×10.5×0.9271

=5.9309kA 流经保护的电流:

I d j m in=

X d2m in3

3

X ds m in3+

X d2m in3

3

I IⅤ2m in

=5.2730kA

I d=I d m in(2)=3

2

I d j m in=4.56kA

灵敏系数:K

1M =

I d m in(2)

I dzj

=3.180>1.2

故灵敏度满足要求。

3　保护配置方案分析

　　由于风力发电机对系统电压相当敏感,电压波动范围不能超出±10%,如果发生系统单相接地、系统故障、10k V馈线故障1、10kV电容器的投切,引起电压波动,首先跳风力侧开关,不会引起专用线跳闸,所以将新海站联络线的保护配置按照一般馈线来对待,过流Ⅰ段采用速断保护,过流Ⅱ段采用反时限过流,保护范围延伸到变压器的低压侧。

　　当故障点在d

I

时,故障在主变差动保护范围

外,发电机倒送到35kV短路电流为249.3A,小于主变35k V侧过流保护启动电流(560A),该保护不启动。

由于风力发电机有电压保护,只要风力发电机端口侧的电压变化±10%,风力发电机将自切

停机。在d

I

处发生故障,由于35kV新海站为终端式变电站,因此可以由风力发电机切除故障电流。

当故障点在d

Ⅱ

时,分3种情况考虑:

(1)故障点在联络线线路起始点上,电流保护可以动作;

(2)故障点在母线上时,主变后备保护动作,同时联跳联络线;

(3)故障点在相邻线路起始点上,流过相邻断路器的短路电流为6.768+0.6=7.6k A,大于联络线断路器上的短路电流0.6k A(且该电流比联络线断路器速断、过流的启动电流都小,联络线保护不会动作),相邻故障线路断路器先跳闸,联络线断路器不会误动。

当故障点在d

Ⅱ

和d

Ⅳ

之间时,线路出口短路时过流Ⅰ段(速断)瞬时动作;由于风力电厂功率很小,切除后对于系统影响不打,故在其余位置短路时过流Ⅱ段延时动作,保护动作范围可以伸进升压变压器内部。

4　结论

由于奉贤海湾风力发电场使用的G522850型风力发电机对电压波动十分敏感,使得并网变电站的保护配置十分简便,这个特性将会使风力发电场并网变得十分方便,有利于风力发电的推广应用。

收稿日期:2005201228

作者简介:冯　欢(19702),女,助理工程师,主要从事供电系统远动工作。