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摘要：风电场保护与传统配电网继电保护具有很大的区别，常规的配电网电源由于是单向流动方式。电能一般从系统流向线路终端，而风电场发电情况下，是从集电线末端流向系统。传统基于电流保护的系统中，电流及短路电流都发生了流向变化。本文对陆上风电场继电保护配置典型方案进行分析，以供参考。
关键词：风电场；继电保护配置；研究
引言
风电场零序保护主要分为主变高压侧和低压侧两部分。通常高压侧零序保护采用中性点直接接地零序与间隙零序保护相互配合方案。低压侧主要采用小电阻接地方式或采用接地变方式。采用这种接地方式下，风电场集电线系统可以采用零序电流识别单相接地故障。
1风电场典型主接线分析
我国陆上地区风能资源丰富，适宜建设高山风电场，风电场规模一般在50MW以上，单台风机单元容量为2MW，风机出口电压为690V，经过就地升压变（箱变）升压至35kV，通过集电线路，向风电场升压站35kV母线汇集。35kV母线上还接有动态无功补偿装置，电容器组，以实现控制风电场无功功率输出的功能。风电厂的场用变压器电源一路引自35kV母线，一路引自场外10kV施工电源，场用变压器为电厂内各类照明负荷、电动机负荷提供能量来源。风电场的能量在经过35kV母线汇集之后，经过主变压器升压至110kV或220kV，最后通过高压线路外送至电网侧变电站。
2风电场站内零序电流整定时限配合
零序保护在时限设定时需要考虑集电线路是否在风机接入时增加箱变高压侧断路器。如今一些为了增加集电线的无故障运行小时，减少单台风力机组T接接头以下的短路故障造成整条线路的风力机“陪停”现象。增加了风力机箱变高压侧路器。低压系统零序保护定值实现将采用三级方式。第一级为箱变高压侧零序保护，需要考虑躲过箱变合闸时励磁涌流引起的零序电流。时限一般从0.1s起。第二级为集电线路零序保护，定值设定时需要考虑与第一级之间的配合。一般增加一个时限级别，或是让第一级有更高灵敏度时限一致。第二级保护中也可设置多个时限提高因线路非金属性接地的灵敏度。第三级保护是低压侧接地变或是变压器低压侧小电阻接地系统零序保护。定值设定时比第二级多出一个时限。如果在站内不设有箱变高压侧断路器，这按照二、三级设定即可。同样也需要考虑箱变合闸时的励磁涌流问题。加入至少0.1秒的延迟。
3风电场主要保护配置研究
3.1风机箱变保护
风电机组通过箱式升压变将机端690V电压升压到35kV以便于远距离输送电能，箱变配置过电流、过载、低电压等电量保护，动作于箱变高压侧断路器的跳闸及发信。同时，箱变本体配置瓦斯保护、油温过高等非电量保护，同样动作于出口断路器的跳闸及发信。
3.2 35kV母线保护
由于风电场升压站35kV母线上汇集了风机集电线路、SVG、场用变压器、以及主变压器等一系列重要设备，母线的继电保护需要格外重视，针对单母线结构，需配置母线差动保护。母线保护的功能集成在35kV母线保护柜中，35kV母线保护柜一般放置于二次设备室。保护装置需要采集所有连接于35kV母线上的断路器电流信号，作为母线差动保护动作的判据，当母线保护装置判断母线区域内发生短路故障，即动作于切断所有与35kV母线相连的断路器。
3.3集电线零序保护
风电场站内零序保护按照短路电流计算方法获得的零序电流。考虑系统最小运行方式下，集电线最远处具有足够灵敏度。首先确认集电线零序保护定值。这里需要考虑集电线共有线路及电缆和架空线相连接的情况，如果实际条件允许可以实测集电线路的实际零序阻抗用于短路电流计算。
目前不同的集电保护装置对于集电线零序配置的不相同，一些保护装置采用了两段式保护，一些采用一段式保护。在定值设置需要估计集电系统电容电流，避免系统零序电流动作值过小造成保护误动跳闸，同时要避免定值过大而导致集电线系统产生间歇性弧光接地。
3.4牵引供电系统保护配置
热过负荷保护，该保护主要用于接触轨或接触网的热过负荷保护。通过采用保护装置监测的馈线电流和设备的时间常数计算热量。装置中设定的θ的初始化值为：θt0=98%的报警门限。当馈线开关承受大的电流，并且经过一定时间后，θt值达到报警门限，装置会发出报警信号。如果负荷继续增加，当θt≥101%时，装置发出跳闸信号使馈线开关跳闸。
4 35kV系统继电保护
升压站内继电保护：升压站内35kV风机进线回路、无功补偿进线回路和站用变回路选用南瑞科技NSP788-R型保护测控装置，分别安装于各开关柜内，装置采集柜内保护级（5P30）CT二次侧电流和母线PT二次侧电压用于内部计算分析。装置合闸、跳闸出口分别接断路器操作机构的合闸、跳闸回路，采用断路器机构自带的防跳回路，取消保护装置防跳功能，同时柜内配置远方/就地转换开关和断路器操作把手，实现开关柜的远方和就地手动分合闸功能。35kV主变出线回路与主变高侧合用保护装置，双套配置，分别选用南瑞科技NSR-378S型和深圳南瑞PRS-778型保护装置，35kV侧电流和电压取自柜内保护级CT和母线PT。35kV母线保护选用南瑞科技NSR-371型保护装置，单独组屏安装，取母线上各开关柜内保护级CT电流和母线电压用于母线差动保护。
5计算机监控系统
升压站内计算机监控系统：升压站内计算机监控系统采用双以太网结构，主要由站控层、间隔层和网络设备构成。站控层配置主机兼操作员工作站、远动工作站、公用接口装置等，其中主机、远动机双套配置，实现对站内全部电气设备可靠、合理、完善的监视、测量和控制，并具备遥测、遥信、遥调、遥控等全部远动和时钟同步功能，具有与电网调度中心和业主远程集控中心交换信息的能力。35kV系统监控处于间隔层网络，各35kV间隔内测控与保护一体化设备，完成就地数据采集、监测和断路器控制等功能。主变低侧单独配置测控装置，选用南瑞科技NSD500M3型号，与主变高压侧测控装置组屏安装。在母线设备柜内配置2台以太网交换机，接入站控层的双以太网交换机，采集间隔层测控数据并上送至站控层。开关柜内配置智能操控装置，选用ER-K500型号，具备开关状态显示、温湿度控制、高压带电显示和闭锁控制等功能，快捷、方便地对开关柜进行监视和操作。
结束语
综上所述，随着风电行业的快速发展，风电场的数量不断增多，规模也在不断扩大，风电场的继电保护配置关系着风电场的安全与电力系统的稳定，合理的保护配置必须能够囊括所有可预见的故障情况，通过主保护与后备保护的相互配合，让保护更加全面，使故障得到快速精确的定位，尽可能地减少短路故障所带来的损失。本文从风电场电气一次主接线入手，对风电场的典型保护配置进行了探讨，并结合实际工程案例对风电场整体的保护配置进行了研究，供风电场设计人员进行参考。
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