CN105162084B - 一种风电机组实现电气安全保护的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风电机组实现电气安全保护的方法，该方法包括在风电机组变压器的高压侧配置所需熔断器的步骤，具体步骤包括：1）预先建立风电机组电气系统的第一等值模型，将第一等值模型中低压侧模型折算到高压侧后得到第二等值模型，并根据第二等值模型进行短路计算，获取在高压侧电路发生短路故障时、以及低压侧电路发生短路故障且低压侧电气保护装置失效时均能够执行熔断保护的熔断参数值；2）将目标熔断器配置在风电机组变压器的高压侧，通过目标熔断器执行风电机组中高压侧的短路保护以及低压侧的后备保护。本发明具有实现方法简单、电气安全设备保护特性与风电机组电气故障特性相匹配、能够实现链式保护且电气安全性能高的优点。

Description

一种风电机组实现电气安全保护的方法

技术领域

本发明涉及风电机组电气安全保护，尤其涉及一种风电机组实现电气安全保护的方法。

背景技术

我国的风机技术大多引进自国外，这些技术中部分并不适应我国的实际情况，因而会导致了一些安全问题，风机的电气安全问题即是其中之一。风电机组不同于传统的发电机-变压器组合，位于机舱的发电机到位于塔基的箱式变压器通常通过100m以上的电缆连接，是典型的长线结构，位于机舱的电气故障（长线系统的末端）特征明显不同于常规的电气故障。

针对风电机组的电气安全保护，目前还未有深入而系统的研究。目前的风电机组电气安全系统通常是以单点形式执行保护，即是由高压侧安全设备单独执行高压侧保护、低压侧安全设备单独执行低压侧保护，一方面安全设备缺乏系统性，另一方面高、低压侧的安全设备之间缺乏协调与配合，使得安全电气的参数与风电机组的特性不匹配。由于风电机组的电压等级通常为690Vac，在此电压下，由于电压足够高，电弧短路将自我维持而产生巨大的破坏性能；而风电机组通常处于恶劣环境，经常缺乏定期检测和维护，自动安全电器（断路器及其组合电器）拒动的可能性大大增加，因而单点形式的安全系统往往会使得风电机组的电气故障不能得到及时保护，具有非常大的安全隐患。此外，风电机组中不可避免的存在各种可燃物，如齿轮箱的润滑脂、机舱罩等材料，在电气火源的引燃下，很可能导致火灾，电气火源通常由电气故障引起，因而风电机组的电气安全保护中还有必要对风电机组中可燃材料的电气起火特性进行分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、电气安全设备保护特性与风电机组电气故障特性相匹配、能够实现链式保护且电气安全性能高的风电机组实现电气安全保护的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电机组实现电气安全保护的方法，所述方法包括在风电机组变压器的高压侧配置所需熔断器的步骤，具体步骤包括：

1）预先建立风电机组电气系统的第一等值模型，将所述第一等值模型中低压侧模型折算到高压侧后，建立得到风电机组电气系统的第二等值模型，并根据所述第二等值模型进行短路计算，获取在高压侧电路发生短路故障时、以及低压侧电路发生短路故障且低压侧电气保护装置失效时均能够执行熔断保护的熔断参数值；

2）将具有所述步骤1）获取得到的熔断参数值的目标熔断器配置在所述风电机组变压器的高压侧，通过所述目标熔断器执行风电机组中高压侧的短路保护以及低压侧的后备保护。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1）中建立得到第一等值模型的具体步骤为：将所述第一等值模型中低压侧电缆、发电机的等值模型折算到高压侧，并以高压侧为参考方向计算风电机组电气系统的等值模型，建立得到第二等值模型。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1）获取的熔断参数值中最小熔断电流不大于360A，当故障电流为300A时熔断时间不大于2s

作为本发明的进一步改进，所述步骤1）中获取到熔断参数值后还包括励磁涌流修正熔断参数步骤，具体步骤为：获取风电机组变压器的励磁涌流持续时间，使得熔断参数值中熔断时间大于励磁涌流作用下励磁涌流的持续时间，得到修正后的熔断参数值。作为本发明的进一步改进，所述步骤2）中目标熔断器具体通过一负荷开关配置在所述风电机组变压器的高压侧。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括在风电机组变压器的低压侧配置所需断路器的步骤，具体步骤包括：预先建立目标风电机组中电气系统的第三等值模型，根据建立的所述第三等值模型进行短路计算，获取低压侧发生故障时能够动作以执行保护的分断电流参数值，并根据风电机组中各部件在短路故障时对故障电流的耐受时间，获取在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值；将具有获取得到的所述分断电流参数值、动作时间参数值的目标断路器配置在所述风电机组变压器的低压侧，通过目标断路器执行风电机组中低压侧的短路保护。

作为本发明的进一步改进，所述获取在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值的具体步骤为：分别计算风电机组中发电机、变流器、变压器在短路故障时对故障电流的耐受时间，取计算得到的各所述耐受时间中最小耐受时间，作为在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值。

作为本发明的进一步改进，所述分断电流参数值中瞬断参数值或短路短延迟电流范围为3KA～15KA；所述动作时间参数值中延迟动作时间参数值范围为小于0.4s。

作为本发明的进一步改进，所述目标断路器具体配置在风电机组变压器内、塔基或塔基的变流器柜中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明风电机组实现电气安全保护的方法结合风机的实际电气工况、风机可燃材料的特性，通过将等值模型中低压侧折算到高压侧，再获取在高压侧电路发生短路故障时、以及低压侧电路发生短路故障且低压侧电气保护装置失效时均能够执行熔断保护的熔断参数值，使得风电机组高压侧熔断器的保护特性能够与风电机组电气故障特性相匹配，从而能够及时响应高压侧的电气故障执行主保护，以及响应低压侧电气故障、低压侧保护装置失效而执行后备保护；

2）本发明风电机组实现电气安全保护的方法，通过在风电机组箱式变压器的高压侧配置所需的熔断器来实现高压侧的主保护、低压侧的后备保护，当低压侧发生电气故障时且断路器拒动，由高压侧熔断器进行后备保护，高压侧与低压侧指间保护环环相扣，从而高压侧熔断器与低压侧的保护器件能够形成“链”或“簇”形式的电气安全保护，大大提高了电气系统的安全可靠性能；

3）本发明风电机组实现电气安全保护的方法，进一步通过建立模型进行短路计算，同时结合风电机组对故障电流的耐受能力，得到与风电机组的特性相匹配的分断电流参数值、动作时间参数值，使得低压侧的断路器保护特性能够与风电机组的特性相匹配，因而通过配置具有该分断电流参数值、动作时间参数值的断路器，能够有效确保低压侧的电气保护功能。

附图说明

图1是本实施例风电机组实现电气安全保护的方法的实现流程示意图。

图2是本实施例所采用的双馈系统结构风电机组的配置原理示意图。

图3是本实施例所采用的全功率系统结构风电机组的配置原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例风电机组实现电气安全保护的方法，包括在风电机组变压器的高压侧配置所需熔断器的步骤，具体步骤包括：

1）预先建立风电机组电气系统的第一等值模型，将第一等值模型中低压侧模型折算到高压侧后，建立得到风电机组电气系统的第二等值模型，并根据第二等值模型进行短路计算，获取在高压侧电路发生短路故障时、以及低压侧电路发生短路故障且低压侧电气保护装置失效时均能够执行熔断保护的熔断参数值；

2）将具有步骤1）获取得到的熔断参数值的目标熔断器配置在风电机组变压器的高压侧，通过目标熔断器执行风电机组中高压侧的短路保护以及低压侧的后备保护。

如图2、3所示，本实施例上述方法可应用于双馈系统、全功率系统等结构的风电机组中实现电气安全保护，在低压侧设置断路器执行低压侧保护，由于断路器是复杂的机械电子部件，存在一定的失效而拒动的概率，因而当低压侧中作为主保护的断路器因为某种原因在线路发生电气故障应该动作而没有动作的情况下，需要执行后备保护。本实施例通过在风电机组箱式变压器的高压侧配置所需的熔断器来实现高压侧的主保护、低压侧的后备保护，当低压侧发生电气故障时且断路器拒动，由高压侧熔断器进行后备保护，高压侧与低压侧指间保护环环相扣，从而高压侧熔断器与低压侧的保护器件能够形成“链”或“簇”形式的电气安全保护，大大提高了电气系统的安全可靠性能。

本实施例结合风机的实际电气工况、风机可燃材料的特性，通过将等值模型中低压侧折算到高压侧，再获取在高压侧电路发生短路故障时、以及低压侧电路发生短路故障且低压侧电气保护装置失效时均能够执行熔断保护的熔断参数值，使得风电机组高压侧熔断器的保护特性能够与风电机组电气故障特性相匹配，从而能够及时响应高压侧的电气故障执行主保护，以及响应低压侧电气故障、低压侧保护装置失效而执行后备保护，为风电机组提供最佳的电气安全保护。

本实施例中，步骤1）中建立得到第一等值模型的具体步骤为：将第一等值模型中低压侧电缆、发电机的等值模型折算到高压侧，并以高压侧为参考方向计算风电机组电气系统的等值模型，建立得到第二等值模型。第一等值模型的具体形式可根据熔断器参数整定的实际需求进行选取设定。

本实施例中，步骤1）获取的熔断参数值中最小熔断电流不大于360A，当故障电流为300A时熔断时间不大于2s。当最小熔断电流故障电流为300A时熔断时间小于2s的熔断器，能够在高压侧故障时、以及低压侧故障时且低压侧保护装置失效时及时的熔断，实现及时的高压侧主保护以及低压侧后备保护功能。

本实施例中，步骤1）中获取到熔断参数值后还包括励磁涌流修正熔断参数步骤，具体步骤为：获取风电机组变压器的励磁涌流持续时间，使得熔断参数值中熔断时间大于励磁涌流作用下励磁涌流的持续时间，得到修正后的熔断参数值。由于在励磁涌流作用时要求高压侧的熔断器不能熔断，因而通过励磁涌流来修正熔断参数值，可以使得熔断器在不需要执行保护的励磁涌流期间不熔断。

本实施例中，步骤1）中还包括数据校核步骤，通过仿真平台搭建模型以及实际运行记录的数据对本实施上述方法获取的熔断参数值进行校核，以确保数据的有效性。

本实施例中，步骤2）中目标熔断器具体通过一负荷开关配置在风电机组变压器的高压侧。如图2、3所示，目标熔断器具体可设置在负荷开关的两端。

本实施例中，还包括在风电机组变压器的低压侧配置所需断路器的步骤，具体步骤包括：预先建立目标风电机组中电气系统的第三等值模型，根据建立的第三等值模型进行短路计算，获取低压侧发生故障时能够动作以执行保护的分断电流参数值，并根据风电机组中各部件在短路故障时对故障电流的耐受时间，获取在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值；将具有获取得到的分断电流参数值、动作时间参数值的目标断路器配置在风电机组变压器的低压侧，通过目标断路器执行风电机组中低压侧的短路保护。第三等值模型的具体形式可根据断路器参数整定的实际需求进行选取设定。

本实施例通过建立模型进行短路计算，同时结合风电机组对故障电流的耐受时间，得到与风电机组的特性相匹配的分断电流参数值、动作时间参数值，使得低压侧的断路器保护特性能够与风电机组的特性相匹配，因而通过配置具有该分断电流参数值、动作时间参数值的断路器，能够有效保证低压侧的电气保护功能。

本实施例中，获取在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值的具体步骤为：分别计算风电机组中发电机、变流器、变压器在短路故障时对故障电流的耐受时间，取计算得到的各耐受时间中最小耐受时间作为在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值。

本实施例中，分断电流参数值中瞬断参数值范围为3KA～15KA；或短路短延迟电流范围为3KA～15KA，动作时间参数值中延迟动作时间参数值范围为小于0.4s，采用上述参数值的断路器时，当风电机组低压侧发生故障时，断路器能够及时的动作以切断电路。在实际应用中可通过断路器额定值的倍数进行表示。

本实施例中，目标断路器断路器位于箱式变压器低压侧出口至位于机舱的发电机定子出口之间的电路连接上，具体可配置在风电机组变压器内、塔基或塔基的变流器柜中，可以位于风机塔基或以单独的电气柜安装于塔基中。

本实施例在高压侧配置熔断器，也可以根据实际需求配置断路器等形式的自动安全电器，其配置原理与上述一致，再次不再进行赘述。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述方法包括在风电机组变压器的高压侧配置所需熔断器的步骤，具体步骤包括：

1）预先建立风电机组电气系统的第一等值模型，将所述第一等值模型中低压侧模型折算到高压侧后，建立得到风电机组电气系统的第二等值模型，并根据所述第二等值模型进行短路计算，获取在高压侧电路发生短路故障时、以及低压侧电路发生短路故障且低压侧电气保护装置失效时均能够执行熔断保护的熔断参数值；

2）将具有所述步骤1）获取得到的熔断参数值的目标熔断器配置在所述风电机组变压器的高压侧，通过所述目标熔断器执行风电机组中高压侧的短路保护以及低压侧的后备保护。

2.根据权利要求1所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述步骤1）中建立得到第二等值模型的具体步骤为：将所述第一等值模型中低压侧电缆、发电机的等值模型折算到高压侧，并以高压侧为参考方向计算风电机组电气系统的等值模型，建立得到第二等值模型。

3.根据权利要求2所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述步骤1）获取的熔断参数值中最小熔断电流不大于360A，当故障电流为300A时熔断时间不大于2s。

4.根据权利要求3所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述步骤1）中获取到熔断参数值后还包括励磁涌流修正熔断参数步骤，具体步骤为：获取风电机组变压器的励磁涌流持续时间，使得熔断参数值中熔断时间大于励磁涌流作用下励磁涌流的持续时间，得到修正后的熔断参数值。

5.根据权利要求4所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述步骤2）中目标熔断器具体通过一负荷开关配置在所述风电机组变压器的高压侧。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述方法还包括在风电机组变压器的低压侧配置所需断路器的步骤，具体步骤包括：预先建立目标风电机组中电气系统的第三等值模型，根据建立的所述第三等值模型进行短路计算，获取低压侧发生故障时能够动作以执行保护的分断电流参数值，并根据风电机组中各部件在短路故障时对故障电流的耐受时间，获取在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值；将具有获取得到的所述分断电流参数值、动作时间参数值的目标断路器配置在所述风电机组变压器的低压侧，通过目标断路器执行风电机组中低压侧的短路保护。

7.根据权利要求6所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于，所述获取在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值的具体步骤为：分别计算风电机组中发电机、变流器、变压器在短路故障时对故障电流的耐受时间，取计算得到的各所述耐受时间中最小耐受时间，作为在所有部件的耐受时间内能够动作以执行保护的动作时间参数值。

8.根据权利要求7所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于：所述分断电流参数值中瞬断或短路短延迟电流参数值范围为3KA～15KA；所述动作时间参数值中延迟动作时间参数值范围为小于0.4s。

9.根据权利要求8所述的风电机组实现电气安全保护的方法，其特征在于：所述目标断路器具体配置在风电机组变压器内或塔基中。