风力发电场110KVYNd11型主变常用电量保护

风力发电场110KVYNd11型主变常用电量保护

刘波

(中国三峡新能源有限公司华东分公司江苏省南京市210000)

摘要：介绍了风力发电场110KVYNd11型主变常用电量保护中主保护差动保护、后备保护复合电压闭锁过流保护、高后备过负荷保护、高后备零序保护的工作原理。

关键词：差动保护；复合电压闭锁过流保护；高后备过负荷保护；高后备零序保护

引言：近年来，随着电力行业的不断发展，风力发电在电力行业所占的比重越来越大。风力发电因风量不稳定导致其输出电能的稳定性较差，风电机组脱网和并网过程对电网的冲击较大，随着风力发电规模的扩大，其对电网的影响也越来越大。为了保证电力系统的质量安全，电力系统对风电场输电线路的稳定性和安全性要求越来越高。电量保护是风电场电力系统的重要组成部分，它在保证电网系统安全稳定运行和提高电力系统经济运行等方面起着至关重要的作用，同时也是保证电力系统安全稳定运行、限制电力系统大面积停电事故的最基本与最有效的技术手段。

1、差动保护：

差动保护为变压器的主保护，反应变压器内部、外部故障，保护动作于开关，将变压器与系统脱离。变压器的差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。

图1变压器差动保护原理接线图

变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器。如图1，Ì1，Ì2为流入CT高、低压侧一次电流，Ì11，Ì22为高、低压侧折算后CT二次电流，则流入继电器的电流等于变压器高低压侧折算后二次电流之差，即Ìk=Ì11-Ì12。理想情况下，不考虑变压器变比误差、互感器误差、励磁涌流等造成不平衡电流因素，系统稳定运行或者区外故障时Ìk=0；如果内部故障，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：Ìk=Ì11-Ì1≠0。当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。[1]

2、高后备过负荷保护：

高后备过负荷保护反映主变高压侧电流的大小当主变高压侧电流超过额定电流值（过负荷）或很大时（系统故障引起过电流），经延时动作于信号（过负荷）。保护引入高压侧电流（TA二次值），保护可引入三相电流或只一项电流，由保护定义时确定。引入一相电流的保护一般为过负荷保护，引入三相电流的保护一般为过流保护。

3、复合电压闭锁过流保护：

主变后备复合电压闭锁过流保护在限制外部故障引起变压器绕组过电流中发挥着重要作用，并可作为主变差动保护和低后备保护的后备保护，在110KV变电站中，由于主变保护设置相对简单，在差动保护或低后备保护拒动的情况下，高后备能否迅速、可靠动作，将直接影响变压器的安全。通常，主变过流保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定，对于大容量及负荷变化较大的变压器而言，过电流保护整定后，灵敏度往往不能满足要求，为此考虑采用带复合电压闭锁的过电流保护，即在电流判据中串入低电压和负序电压的闭锁条件，只有电流和电压判据同时满足保护才能启动。虽然并联运行变压器切除和风力发电机组自启动时电流较大，但均不会使复压闭锁开放，保护也不会启动。因此，在过电流保护中加入复压闭锁条件后，可以降低电流继电器的整定值，只需按大于变压器的额定电流整定即可，从而提高保护的灵敏度。

主变复合电压部分由一个接于负序电压的滤过器的负序电压继电器和一个接于线电压上的低压继电器组成。由于发生各种不对称故障时，都能出现负序电压，故负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护，而低压继电器则作为三相短路故障时的电压保护。当负序电压继电器和低压继电器任意一个动作均会输出高电位，如果此时过流继电器也检测到过流，则经过延时后过流保护会动作跳闸。[2]

4、高后备零序保护：

变压器零序过流保护是在大电流接地系统中，防御变压器相邻元件(母线）接地时的零序电流保护，它的作用是作为母线接地故障的后备,保护设有两级时限,以较短的时限跳开母联或分段开关,以较长时限跳开变压器本侧开关。中性点不接地系统中，三相电缆同时穿越零序CT：如果三相工作均正常，三相电流矢量和为零，零序CT就测不到零序电流；如果某相或多相发生接地故障，三相电流矢量和就不再为零，零序CT就可以测出零序电流，发出告警或跳闸保护信号。在中性点接地系统中，N极电流穿越中性点CT，三相电缆不穿越：由于三相电流和N极电流的矢量和为零，通过测量N极电缆电流，即可监测三相电流的不平衡度。[3]

零序保护一般分为零序一段保护、零序二段保护和零序三段保护，具体工作原理如下：

（1）零序一段:①躲过下一段线路出口处单相或者两相接地短路时候出现的最大零序电流；②躲开断路器三相触头不同期合闸时候所出现的最大零序电流。两者比较取最大。

（2）零序二段:与下一段线路的一段配合，即是躲过下段线路的第一段保护范围末端接地短路时，通过本保护装置的最大零序电流;零序二段的灵敏系数要大于1.5，不满足的话要与下一段线路的二段配合，时限再抬高一个等级。

（3）零序三段:①与下一段线路的三段配合；②躲开下一段线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流。两者比较取最大，零序三段的灵敏系数要大于2（近后备）；灵敏系数要大于1.5（远后备）。

结束语：变压器是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全稳定运行、限制电力系统大面积停电事故的最基本与最有效的技术手段。通过本文介绍，希望读者能对风力发电场110KVYNd11型常用电量保护的工作原理有个简单的初步认识。

参考文献：

1）赵青春；谢华；陆金凤；朱晓彤实用的半波长输电线路纵联差动保护高电压技术2018-01-08

2)王财宝；刘学佳；黄京波主变高后备复合电压闭锁过流保护【B】2013

3）李婷系统运行方式零序保护的影响分析【D】天津大学2012