风力发电厂继电保护装置故障分析及处理措施

风力发电厂继电保护装置故障分析及处理措施

党业岗

陕西黄河能源有限责任公司 陕西省 榆林市 718500

摘要：现阶段我国风电场建设规模日益增加，而继电保护装置作为推动电力系统运行的前提基础，为电力系统正常运行的安全性和稳定性提供了可靠保障。但风力发电厂在运行过程中极容易发生各种继电保护装置故障，不但影响了电力系统的运行效率和质量，还无法保障风力发电厂继电保护装置的正常运行。本文分析了风力发电厂继电保护装置的作用和故障发生原因，提出了风力发电厂继电保护装置故障的处理措施，旨在为相关技术人员提供理论方面的参考。

关键词：风力发电厂；继电保护装置；故障分析；处理措施

引言

风力发电厂中的继电保护装置在实际运行过程中极容易发生各种故障问题，尤其集中在内部故障、外部故障以及干扰故障等方面，不但影响了电力系统正常运行的安全性和稳定性，还可能对整个风力发电厂的经营发展带来消极影响。因此，积极采取有效措施提高继电保护装置在风力发电厂中的安全运行具有重要现实意义，相关技术人员必须结合继电保护装置发生故障的原因进行逐一排查，有针对性地制定科学合理的处理措施。

1 风力发电厂继电保护装置的作用

1. 1. 直观反映出电力系统的运行状态

继电保护装置在促进电力系统正常运行的前提下，可精准排查出电力系统发生故障的主要原因在于继电保护装置可直观清晰地反映出电力系统运行时的状态，而相关工作人员在电力系统实际运行过程中，还能通过系统各个部分的运行状态及其发出的故障信号反映系统的运行情况。继电保护装置在使用过程中可以对电力系统各个部分运行时发出的故障信号进行全面分析与检测，从而在掌握电力系统各个部分的运行状态的前提下制定出科学有效的防范措施^[1]。

1.2 促进电力系统的自动化发展

电力系统运行的全过程原本就较为复杂而严密，仅依赖于技术人员无法对电力系统各个部分的实际运行情况进行全方位掌控，很可能无法使电力系统时刻处于相对稳定的运行状态，而继电保护装置则可以充分利用自动化技术和远程技术，对电力系统各个部分的实际状态进行全方位监督与检测，依托于自动化技术还能对电力系统运行的全过程进行精准严密的实时保护。因此，在电力系统运行过程中，有效运用继电保护装置不但能促进电力系统的自动化发展，还能使整个电力系统在运行过程中保持良好的稳定状态。

1.3 提高电力系统运行的稳定性

风力发电厂继电保护装置可以有效保证电力系统运行的安全性和稳定性，使风力发电厂中的电力系统始终处于相对稳定的运行状态。相关工作人员利用继电保护装置还能在短时间内快速排查出电力系统可能发生的故障，对电力系统运行的全过程进行全方位监督与检测，从而精准定位故障发生的具体位置，借助断路器发出继电保护装置的命令，可以第一时间将电力系统中的故障及时切断，有效避免了电力系统造成的故障影响进一步扩大。

2 风力发电厂继电保护装置故障分析

2.1 内部故障

继电保护装置可能发生的内部故障主要包括接点故障、差拍、装置元件故障，其中接点故障指接点接触不良或消耗异常等效果，而引起关于故障的主要原因在于接点处很可能受二氧化硫等硫化物的腐蚀作用，从而在接点位移的影响下发生继电保护装置故障。差拍故障的发生原因主要与电力系统继电器电压异常或继电器未达到系统要求有关。一旦发生差拍现象，就必须立即检测继电器电压的异常情况，并将其与继电器的要求和标准进行对比分析^[2]。装置元件故障很可能使继电器无法充分发挥自身原有的保护功能，导致电力系统运行的安全性和稳定性无法得到良好保障。一旦电流互感器发生故障，那么继电器装置内部的电流将会快速增强，致使继电保护装置无法在正常运行的状态下充分发挥自身保护功能，而这种顺时增加的电流很可能直接烧损继电保护装置，对整个风力发电厂的电力系统造成严重的消极影响。

2.2 外部故障

外部故障大多与继电保护器不复位、错误指示灯异常亮起、烧损故障或绝缘故障有关。若继电保护装置运行状态不正常很可能会停止工作，从源头上埋下电力系统运行的安全隐患，这就需要相关技术人员在继电保护器运行异常时第一时间排查故障的具体位置及发生原因。继电保护器指示灯可以为相关工作人员提供信息反馈和决策，为电力系统运行的稳定性创造了信息层面的保障条件。一旦继电保护装置的指示灯异常亮起，很可能为相关工作人员带来错误的诱导信息，甚至对整个电力系统运行的安全性造成严重的不良影响。另外，引起继电保护器发生烧损故障的原因大多与线圈或接点烧损有关，相关工作人员可从气味上着手判断继电保护器是否发生烧损故障。最后，继电保护器在长期运行过程中极容易受到外界环境因素造成的腐蚀作用，使继电保护装置发生绝缘现象，而这一故障的发生同样会弱化继电保护装置的保护功能^[3]。

2.3 干扰故障

引发干扰故障的主要原因在于电磁波辐射影响或静电干扰，相关工作人员在日常管理过程中操作通讯器械时，将会产生不同程度的电磁辐射影响，并且继电保护装置对灵敏度的要求相对较高，其在正常运行过程中极容易受到电磁辐射带来的干扰，长此以往很可能导致继电保护器在电磁波辐射的干扰作用下发出错误的动作指示，直接对电力系统运行的质量造成影响。

2.4 风力发电机组保护装置故障

2.4.1 过电流保护

若机端电流互感器至箱式变低压侧发生外部故障，无论何种风电机组类型，都会使短路电流初始值和机组额定电流偏高，从而有效满足过电流保护的灵敏度需求。一旦箱式变外侧发生外部故障，那么机组感应发电机的低压穿越能力将有所减弱，很可能使机端电压减小，使短路电流衰减至零。此外，过电流保护装置还具有较好的反时限特点，一旦故障电流超出机组过负荷保护曲线的既定要求，那么过电流保护动作将会处于相对稳定的状态。若故障电流值未达到机组过负荷要求，则不会对机组的安全运行造成影响。

2.4.2 电压越限保护

对于低电压越限保护而言，其感应发电机组尚未形成良好的励磁调节能力，很可能使低电压越限对系统提出更高的误动需求，而电压的减小又会导致其发生崩溃故障，对电力系统的正常运行造成了消极影响。此外，双馈异步发电机的低电压穿越能力则较为稳定，若电压降低，直至低于要求，同样会产生和普通感应发电机一样的电压崩溃现象。但基于系统角度降低电压时，尽管Crowbar电路将会吸收多余能量，但其调节能力仍具有一定的限制，在低电压状态下无法正常运行^[4]。对于高电压越限保护而言，定子高电压越限保护和常规机组高电压保护的作用大体相似，一旦系统电压超出额定电压，就会立即停止动作。与此同时，箱式变压器低压侧电机组还可以对系统电源进行有效控制，而电网低电压或高电压都会对风机控制系统的正常运行造成影响。

图1 风电厂低电压穿越能力要求

2.4.3 撬杠保护

实际上双馈异步发电机组和永磁直驱同步发电机组都适用于功率变流器风电机，一旦电网侧发生故障问题，使变流器输入电压减小，那么有功功率将无法得到有效输出，必须使直流侧电容有效吸收容量，从而满足充电要求，否则将会导致直流侧电容电压增加，严重影变流器运行的安全性和稳定性^[5]。

图2 Crowbar电路典型结构图

3 风力发电厂继电保护装置故障的处理措施

3.1 建立完善的二次回路巡检制度

定期检测继电保护装置可能发生的故障，及时开展继电保护装置维护工作具有重要现实意义，而积极建立完善的二次回路巡检制度可以为继电保护装置的安全运行提供可靠保障^[6]。二次回路主要由护板器、自动装置以及继电器组件等部件连成电路，定期检查和维护二次回路的运行状态可以有效提高继电保护装置的工作效率与工作质量，还能及时排查出继电保护装置发生故障的原因及故障所在位置，使继电保护装置始终处于相对安全稳定的工作状态。

3.2 制定科学有效的抗干扰措施

继电保护装置原本就具有较高的灵敏度，其在正常运行过程中极容易受到移动设备的电磁波模式影响或静电干扰，从而在错误信号的影响下实行保护措施，对整个电力系统运行的质量造成不同程度的影响，因此积极制定科学有效的抗干扰措施具有重要意义。

目前可使用的抗干扰措施主要包括软件抗干扰和硬件抗干扰两种，其中软件抗干扰主要指印刻板布线设计过程中有效隔离强弱信号，以此保证继电保护装置安全运行的稳定性。与此同时，软件抗干扰还能有效控制二次回路附近的电软值，从而起到良好的二次回路软件抗干扰效果。

3.3 替代法

在继电保护装置运行过程中可以应用替代法来排除故障，这也是该行业中应用最为广泛的故障检测方法之一。相关工作人员利用替代法可以有效优化与完善继电保护装置的运行流程，将故障的发生控制在最小范围内。与此同时，替代法不但适用于继电保护桩，对于自动保护阶中发生的故障问题也能进行科学处理。例如，一旦风力发电厂机电保护装置发生故障，相关工作人员需精准找出发生故障的原件，并用新型原件替代，使继电保护装置可以第一时间内恢复正常运行的稳定状态，以此为风力发电厂电力保护工作的顺利开展提供良好保障，同时将继电保护装置可能发生的故障进行隔离。最后，相关电力工作人员还需对发生故障的原件进行检修，根据故障原因制定科学有效的检修方案，使其快速恢复到正常状态，并重新投入到继电保护装置运行工作，确保其不会对继电保护装置的正常运行造成任何影响，节约维修成本的同时推动维护工作的顺利开展。

3.4 经验法

处理继电保护装置的运行故障时还可以灵活运用经验法，这也是较为传统和经典的方法之一，需要相关工作人员具有丰富的实战经验，根据继电保护装置发生故障的变现形式即可推断出其发生故障的具体原因，同时制定出科学有效的处理措施。这就需要相关工作人员认真记录继电保护装置已发生的故障，并将故障处理经验进行科学归纳与总结，一旦继电保护装置发生故障，相关工作人员就可以通过查询故障发放记录，对比分析故障的发生原因，总结出两次故障的特点和设备运行情况。相比于其他故障处理方法，经验法的优势在于有效节约了故障的诊断时间，极大地提高了继电保护装置的故障处理效率，但这种方法同样会发生故障误差现象，也并不适用于诊断新型继电保护装置可能发生的故障问题。基于此，在继电保护装置的运行过程中运用经验法时，必须科学评估经验法的合理性，在此基础上将诊断方法精细化，从而有效优化与完善继电保护装置故障的处理流程。

3.5 线路短路

确定继电保护装置发生故障的位置时，可以通过线路短路的方法快速确定电路故障的发生范围，使短路故障的检测范围对应有效缩小。以线路为基础的继电保护装置在运行过程中，极容易发生次级电路故障，分析继电保护装置的故障原因时，应逐一排查第一次级电路的具体位置，并将各回路进行逐次连接，从而使继电保护装置发生故障时快速检测出循环问题。明确故障所处回路后，还需将循环部件归置于原位，同时解除命令，以此精准检测出电路元件发生的具体故障问题。目前线路短路法已成为继电保护装置故障检测中应用最广泛的方法之一，在未来发展中具有独特的优势，在该行业领域中的使用频率也相对较高。

结语

继电保护装置可以为电力系统的正常运行树立第一道安全防线，一旦发生故障问题，即可精准定位故障的具体位置及其发生原因，从源头上避免了故障带来的进一步扩大，为电力系统的安全运行提供了可靠保障。因此在电网调度运行过程中，必须对继电保护动作予以高度重视。实际上在风力发电厂经营管理过程中，风电场运行的稳定性不但能有效促进电网的安全运行，还能基于长远角度推动电厂可持续发展。

参考文献

[1]狄衡彬,吴兴龙.关于风电场继电保护合理配置问题[J].山东工业技术,2018(19):154.

[2]张璐,赵森,李强.处理配电网自动化继电保护故障的方法与措施[J].科技风,2019(26):193.

[3]林鸿韬.继电保护及故障信息管理系统在电厂中的应用重点探寻[J].智能城市,2019,5(20):104-105.

[4]孟明军.电厂继电保护的故障诊断与对策[J].电气传动自动化,2020,42(02):50-52+15.

[5]张赤诚.电气继电保护常见故障问题及解决方案研究[J].能源科技,2020,18(05):51-53.

[6]沈迪.提高电厂继电保护可靠性的几点思考[J].大众标准化,2020(23):146-147.