CN114079274A - 一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法，属于电力系统新能源发电工程领域，主要应用于风电场集电线路的控制保护装置。基于5G网络和电子式互感器实现集电线路多端无线差动；在集电线路区内发生故障时，启动重合闸；在集电线路区外发生故障时，闭锁重合闸；重合闸时间大于低电压穿越时间，保证线路瞬时性故障点可靠电弧熄灭。无线差动保护可以判别故障点是否在集电线路上，如果故障点在线路上启动重合闸，如果故障点在箱变侧闭锁重合闸，可以显著提升风力发电场的风电场连续供电能力和发电可靠性。

Description

一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法
技术领域
本发明涉及一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法，属于电力系统新能源发电工程领域，主要应用于风电场集电线路的控制保护装置。
背景技术
重合闸是线路的安全自动装置，当线路发生瞬时性故障时，断开线路开关，等待故障点电弧熄灭、绝缘恢复后，线路开关自动合闸。由于线路故障90%以上为瞬时性故障，重合闸在输配电网中广泛应用。风力发电场集电线路为35kV或10kV输电线路T接10台左右的风机箱变，长度在10km左右，由于集电线路和风机箱变群是一体连接。当集电线路发生故障时，无法区分是线路故障还是箱变故障，如故障点在箱变侧，重合闸动作将对故障箱变造成冲击，造成设备损害或事故扩大，因此风电场集电线路不允许投入重合闸。目前，风力发电场集电线路故障后，需要经过人工巡线、绝缘试验后，集电线路才能恢复送电，大大增加集电线路恢复送电时间，影响风力发电场发电量。
随着5G通讯技术和电子式互感器技术的发展，可以实现风电场内的短距离无线可靠低延时点对点通讯和低成本的电子式互感器灵活安装应用，进而可以实现风电场集电线路的无线差动保护和自动重合闸。无线差动保护可以判别故障点是否在集电线路上，如果故障点在线路上启动重合闸，如果故障点在箱变侧闭锁重合闸，可以显著提升风力发电场的发电可靠性。
发明内容
本发明的目的在于实现风力发电场集电线路无线差动保护，进而实现集电线路可靠重合闸，减少集电线路瞬时故障给风力发电场带来的电量损失，提升风力发电场发电可靠性，提出了一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法，其特征在于，基于5G网络和电子式互感器实现集电线路多端无线差动；在集电线路区内发生故障时，启动重合闸；在集电线路区外发生故障时，闭锁重合闸；重合闸时间大于低电压穿越时间，保证线路瞬时性故障点可靠电弧熄灭。
基于5G网络实现集电线路多端无线差动：集电线路至箱变的分支加装电子式互感器和支持5G网络的合并单元；其中，电子式互感器用于测量一次电流，合并单元用于将电流量通过5G网络发送至集电线路保护，由集电线路保护将接收的各箱变电流量与集电线路开关电流量做矢量差运算，实现无线差动保护。
电子式互感器和支持5G网络合并单元：电子式互感器和合并单元电源取自一次系统，并带有微型储能模块，可以在一次电压下降时，短时保证电流量测量和电流量传输。如果发生电子式互感器故障、合并单元故障、采样数据异常、网络通讯异常等情况，在发送电流量报文中品质位置“1”，闭锁无线差动保护；5G网络为定制的专用低延时点对点通信网络，不与外网连接；风机箱变高压侧合并单元采用由远及近串行点对点通讯，即相邻两个合并单元的电流量做矢量差运算，然后将此矢量差流量送至下一个相邻的合并单元，继续进行矢量差运算，最终将全部合并单元的电流差流量送至线路保护装置，降低点对点之间的通讯流量。
风电场内设置基站，各合并单元通过以基站为“根”的5G专用网络进行通讯，各合并单元由基站侧卫星授时装置进行授时，保持时钟同步。
在集电线路区内发生故障时，启动重合闸；在集电线路区外发生故障时，闭锁重合闸；在集电线路区内发生相间故障时，无线差动保护动作，集电线路过流I段动作，两者形成与门，重合闸条件满足，重合闸经延时动作；在集电线路区内发生单相接地故障时，无线差动保护动作，集电线路零序I段动作，两者形成与门，重合闸条件满足，重合闸经延时动作。
在集电线路区外发生故障时，重合闸可靠闭锁；在集电线路区外发生故障时，无线差动保护不动作，集电线路过流I段动作，两者形成与门，重合闸条件不满足，重合闸闭锁。在集电线路区外发生单相接地故障时，无线差动保护动作，集电线路零序I段动作，两者形成与门，重合闸条件不满足，重合闸闭锁。
重合闸时间取值范围为大于5s。重合闸时间取大于5s，可以保证在线路开关重合闸动作之前，线路风电机组停机，不会继续向故障点提供短路电流，故障点瞬时性故障电弧熄灭、绝缘，集电线路开关重合后线路稳定运行，提升风电机组发电可靠性。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明可以实现在集电线路上投入重合闸，区分集电线路故障和箱变故障，提升集电线路发电可靠性，同时避免箱变故障时重合闸对箱变造成冲击。基于5G通讯技术和电子式互感器技术的无线差动保护，可以区分集电线路区内外故障；在无线差动保护基础上实现了适用于风力发电场集电线路的重合闸，可以在集电线路区内发生故障后自动重合闸，在集电线路区外发生故障后闭锁重合闸。
附图说明
图1是无线差动保护示意图。
其中，5G基站为风电场内配置1座，多条集电线路共用，对全部合并单元进行授时，合并单元之间通过5G基站通讯。电子式互感器和合并单元为配套装置，均安装于箱变高压侧。
图2是区内故障重合闸逻辑示意图。
图3是区外故障重合闸逻辑示意图。
图中，虚线框内为线路保护装置内部逻辑功能。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
如图1所示，一条集电线路带N台风机箱变，每台风机箱变对应一台风力发电机组；每个风机箱变高压侧安装电子互感器和合并单元成套装置；合并单元之间通讯通过5G基站为中心的通讯网络，5G基站对全站合并单元授时，保证采样数据同步；集电线路上各风机箱变高压侧合并单元采用由远及近串行点对点通讯，构成无线差动保护，即N号风机合并单元将电流量传输至N-1号风机合并单元，N-1号风机合并单元将N号风机和N-1号风机电流量进行矢量差运算，将差电流量传输至下一个风机合并单元，最终在集电线路合并单元处完成整条集电线路差电流量运算，并将结果传输至集电线路的线路保护，由线路保护通过内部判据完成重合闸。
如图2所示，在集电线路区内发生相间故障时，无线差动保护动作，集电线路过流I段动作，两者形成与门，重合闸条件满足，重合闸经延时动作。在集电线路区内发生单相接地故障时，无线差动保护动作，集电线路零序I段动作，两者形成与门，重合闸条件满足，重合闸经延时动作。
如图3所示，在集电线路区外发生相间故障时，无线差动保护不动作，集电线路过流I段动作，两者形成与门，重合闸条件不满足，重合闸闭锁。在集电线路区外发生单相接地故障时，无线差动保护动作，集电线路零序I段动作，两者形成与门，重合闸条件不满足，重合闸闭锁。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法，其特征在于，基于5G网络和电子式互感器实现集电线路多端无线差动；在集电线路区内发生故障时，启动重合闸；在集电线路区外发生故障时，闭锁重合闸；重合闸时间大于低电压穿越时间，保证线路瞬时性故障点可靠电弧熄灭；
基于5G网络实现集电线路多端无线差动：集电线路至箱变的分支加装电子式互感器和支持5G网络的合并单元；其中，电子式互感器用于测量一次电流，合并单元用于将电流量通过5G网络发送至集电线路保护，由集电线路保护将接收的各箱变电流量与集电线路开关电流量做矢量差运算，实现无线差动保护；
电子式互感器和支持5G网络合并单元：当发生故障、异常情况时，在发送电流量报文中品质位置“1”，闭锁无线差动保护；5G网络为定制的专用低延时点对点通信网络，不与外网连接；风机箱变高压侧合并单元采用由远及近串行点对点通讯，即相邻两个合并单元的电流量做矢量差运算，然后将此矢量差流量送至下一个相邻的合并单元，继续进行矢量差运算，最终将全部合并单元的电流差流量送至线路保护装置，降低点对点之间的通讯流量。
2.根据权利要求1所述的基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法，其特征在于，在集电线路区内发生故障时，启动重合闸；在集电线路区外发生故障时，闭锁重合闸；在集电线路区内发生相间故障时，无线差动保护动作，集电线路过流I段动作，两者形成与门，重合闸条件满足，重合闸经延时动作；在集电线路区内发生单相接地故障时，无线差动保护动作，集电线路零序I段动作，两者形成与门，重合闸条件满足，重合闸经延时动作；
在集电线路区外发生故障时，重合闸可靠闭锁；在集电线路区外发生故障时，无线差动保护不动作，集电线路过流I段动作，两者形成与门，重合闸条件不满足，重合闸闭锁；
在集电线路区外发生单相接地故障时，无线差动保护动作，集电线路零序I段动作，两者形成与门，重合闸条件不满足，重合闸闭锁。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线差动保护的风电场集电线路重合闸方法，其特征在于，重合闸时间取值范围为大于5s。
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