CN113595032A - 一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法 - Google Patents

一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法，包括双馈式发电机、发电机出线电缆、转子变流器、发电机中性点侧相电流互感器、发电机中性点零序电流互感器、变流器网侧相电流互感器、机组升压变低压侧电流互感器、差动保护及零序接地保护装置、机组用电干式变电流互感器及变压器低压侧断路器，该系统及方法能够在发电机和发电机出线电缆发生电气故障时，判别故障类型、切除故障及并紧急停机。

Description

一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法
技术领域
本发明属于新能源风电机组继电保护技术领域，涉及一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法。
背景技术
目前，变速变桨距风力发电机组应用了变桨技术和变速恒频技术，风轮转速可根据风速的变化进行调节，以便最大限度地吸收风的能量，提高转换效率。双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电动机类似，定转子三相对称，转子电流由滑环接入。风速的变化通过增速齿轮箱传递到发电机，通过转子变流器控制转子电流的频率、相位可以保持定子电流频率的恒定。当发电机转子高(低)于同步速时，控制变频器能量流入(出)电网，电机定子向电网供应电能频率的稳定。
GB/T19960.1《风力发电机组第一部分：通用技术条件》中，风力发电机组的发电机和发电机出线电缆的保护是基于机组的控制系统实现，主要有发电机过温度保护、电缆过缠绕保护、过电流保护、过电压保护、过功率保护、瞬时过功率保护。在发电机和发电机出线电缆发生电气故障时，过电流保护(变流器网侧、机侧)不能准确判别，发电机过温度(轴承、绕组)保护过电压保护、过功率保护、瞬时过功率保护也不能及时有效的判别。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法，该系统及方法能够在发电机和发电机出线电缆发生电气故障时，判别故障类型、切除故障及并紧急停机。
为达到上述目的，本发明所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统包括双馈式发电机、发电机出线电缆、转子变流器、发电机中性点侧相电流互感器、发电机中性点零序电流互感器、变流器网侧相电流互感器、机组升压变低压侧电流互感器、差动保护及零序接地保护装置、机组用电干式变电流互感器及变压器低压侧断路器；
发电机中性点侧相电流互感器安装于双馈式发电机中性侧中相分支出线上，双馈式发电机中性侧中的各相分支出线连接后经发电机中性点零序电流互感器与中性点相连接，双馈式发电机的输出端经发电机出线电缆及机组用电干式变电流互感器与变压器低压侧断路器相连接，转子变流器的网侧经变流器网侧相电流互感器与发电机出线电缆相连接，转子变流器的机组升压变低压侧经机组升压变低压侧电流互感器与发电机出线电缆相连接；
差动保护及零序接地保护装置与变压器低压侧断路器、发电机中性点侧相电流互感器、发电机中性点零序电流互感器、变流器网侧相电流互感器、机组升压变低压侧电流互感器及机组用电干式变电流互感器相连接。
发电机中性点侧相电流互感器、变流器网侧相电流互感器、机组升压变低压侧电流互感器及机组用电干式变电流互感器之间的保护范围内出现的电气故障为双馈式发电机定子绕组三相短路故障、双馈式发电机定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆三相短路故障、发电机出线电缆两相短路故障中的一种或者几种的组合。
发电机中性点零序电流互感器保护范围内双馈式发电机及发电机出线电缆出现的电气故障为双馈式发电机定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆两相短路接地故障及发电机出线电缆单相接地故障中的一种或者几种的组合。
差动保护及零序接地保护装置采集的电气模拟量包括发电机中性点侧相电流、变流器侧相电流、机组用电干式高压侧电流、发电机中性点零序电流、发电机机端电压及发电机频率。
差动保护及零序接地保护装置采集的开关量包括变桨装置零位信号及变流器运行信号。
差动保护及零序接地保护装置的跳闸出口包括至安全链装置的出口、至变压器低压侧断路器出口及至变流器出口。
一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的方法包括以下步骤：
在双馈式发电机运行期间，差动保护及零序接地保护装置根据采集到的电气模拟量及开关量判断是否出现双馈式发电机定子绕组三相短路故障、双馈式发电机定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆三相短路故障、发电机出线电缆两相短路故障、双馈式发电机定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆两相短路接地故障及发电机出线电缆单相接地故障，当出现馈式发电机定子绕组三相短路故障、双馈式发电机定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆三相短路故障、发电机出线电缆两相短路故障、双馈式发电机定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆两相短路接地故障或发电机出线电缆单相接地故障时，则启动跳闸出口，触发安全链动作，跳开变压器低压侧断路器。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统及方法在具体操作时，差动保护及零序接地保护装置根据采集到的电气模拟量及开关量判断是否发生故障，当发生故障时，则启动跳闸出口，触发安全链动作，跳开变压器低压侧断路器，即，当发电机及其出线电缆出现故障时，差动保护及零序接地保护装置通过保护装置出口，动作与安全链系统、变流器及电网相连接的变压器低压侧断路器，风力发电机组紧急停机，发电机端电压随转速下降，发电机提供的短路电流快速切除；禁止变流器的整流、逆变功能；断开变压器低压侧断路器，以达到切除故障目的，减少电气设备在故障过程中的损失。
附图说明
图1为现有技术中双馈风力发电机、出线电缆的示意图；
图2为本发明的系统图；
图3为本发明中差动保护(速断)逻辑图；
图4为本发明中差动保护(比率差动)逻辑图；
图5为本发明的接地保护逻辑图。
其中，1为双馈式发电机、2为发电机出线电缆、3为转子变流器、4为发电机中性点侧相电流互感器、5为发电机中性点零序电流互感器、6为变流器网侧相电流互感器、7为机组升压变低压侧电流互感器、8为差动保护及零序接地保护装置、9为变压器低压侧断路器、10为机组用电干式变电流互感器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1及图2，本发明所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统包括双馈式发电机1、发电机出线电缆2、转子变流器3、发电机中性点侧相电流互感器4、发电机中性点零序电流互感器5、变流器网侧相电流互感器6、机组升压变低压侧电流互感器7、差动保护及零序接地保护装置8、机组用电干式变电流互感器10及变压器低压侧断路器9；
发电机中性点侧相电流互感器4安装于双馈式发电机1中性点的相分支出线，双馈式发电机1的中性侧中各相分支出线连接后经发电机中性点零序电流互感器5与中性点相连接，双馈式发电机1的输出端经发电机出线电缆2及机组用电干式变电流互感器10与变压器低压侧断路器9相连接，转子变流器3的网侧经变流器网侧相电流互感器6与发电机出线电缆2相连接，转子变流器3的机组升压变低压侧经机组升压变低压侧电流互感器7与发电机出线电缆2相连接；
差动保护及零序接地保护装置8与变压器低压侧断路器9、发电机中性点侧相电流互感器4、发电机中性点零序电流互感器5、变流器网侧相电流互感器6、机组升压变低压侧电流互感器7及机组用电干式变电流互感器10相连接。
发电机中性点侧相电流互感器4、变流器网侧相电流互感器6、机组升压变低压侧电流互感器7及机组用电干式变电流互感器10之间的保护范围内出现的电气故障为双馈式发电机1定子绕组三相短路故障、双馈式发电机1定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆2三相短路故障、发电机出线电缆2两相短路故障中的一种或者几种的组合。
发电机中性点零序电流互感器5保护范围内双馈式发电机1及发电机出线电缆2出现的电气故障为双馈式发电机1定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机1定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆2两相短路接地故障及发电机出线电缆2单相接地故障中的一种或者几种的组合。
差动保护及零序接地保护装置8采集的电气模拟量包括发电机中性点侧相电流、变流器侧相电流、机组用电干式高压侧电流、发电机中性点零序电流、发电机机端电压及发电机频率；
差动保护及零序接地保护装置8采集的开关量包括变桨装置零位信号及变流器运行信号；
差动保护及零序接地保护装置8的跳闸出口包括至安全链装置的出口、至变压器低压侧断路器出口及至变流器出口。
在双馈式发电机1运行期间，差动保护及零序接地保护装置8根据采集到的电气模拟量及开关量判断是否出现双馈式发电机1定子绕组三相短路故障、双馈式发电机1定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆2三相短路故障、发电机出线电缆2两相短路故障、双馈式发电机1定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机1定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆2两相短路接地故障及发电机出线电缆2单相接地故障，当出现馈式发电机定子绕组三相短路故障、双馈式发电机1定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆2三相短路故障、发电机出线电缆2两相短路故障、双馈式发电机1定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机1定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆2两相短路接地故障或发电机出线电缆2单相接地故障时，则启动跳闸出口，触发安全链动作，跳开变压器低压侧断路器9。
如图3所示，在发电机中性点侧相电流互感器4、变流器网侧相电流互感器6、机组升压变低压侧电流互感器7、机组用电干式变电流互感器10发生短路电流很大的短路故障时，四侧的电流不平衡，差速断保护动作，保护不加延时的启动出口，安全链动作，紧急停机，快速顺浆、刹车，发电机提供的短路电流快速切除，同时闭锁变流器，断开变压器低压侧断路器9。
如图4所示，在发电机中性点侧相电流互感器4、变流器网侧相电流互感器6、机组升压变低压侧电流互感器7、机组用电干式变电流互感器10发生短路电流较大的故障时，比率差动保护动作，保护出口时间比差速断约有十多毫秒延时，出口方式同差速断保护动作。
如图5所示，双馈风力发电机正常运行时，检测发电机中性点零序电流，零序电流小于等于定值，则保护不动作；发电机内部、发电机及其出线电缆出现接地故障时，接地电流大于定值，则经秒级时间延时，保护动作启动安全链动作、转子变流器3退出运行、跳开变压器低压侧断路器9。

Claims (7)

1.一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统，其特征在于，包括双馈式发电机(1)、发电机出线电缆(2)、转子变流器(3)、发电机中性点侧相电流互感器(4)、发电机中性点零序电流互感器(5)、变流器网侧相电流互感器(6)、机组升压变低压侧电流互感器(7)、差动保护及零序接地保护装置(8)、机组用电干式变电流互感器(10)及变压器低压侧断路器(9)；
发电机中性点侧相电流互感器(4)安装于双馈式发电机(1)中性侧中相分支出线上，双馈式发电机(1)中性侧中的各相分支出线连接后经发电机中性点零序电流互感器(5)与中性点相连接，双馈式发电机(1)的输出端经发电机出线电缆(2)及机组用电干式变电流互感器(10)与变压器低压侧断路器(9)相连接，转子变流器(3)的网侧经变流器网侧相电流互感器(6)与发电机出线电缆(2)相连接，转子变流器(3)的机组升压变低压侧经机组升压变低压侧电流互感器(7)与发电机出线电缆(2)相连接；
差动保护及零序接地保护装置(8)与变压器低压侧断路器(9)、发电机中性点侧相电流互感器(4)、发电机中性点零序电流互感器(5)、变流器网侧相电流互感器(6)、机组升压变低压侧电流互感器(7)及机组用电干式变电流互感器(10)相连接。
2.根据权利要求1所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统，其特征在于，发电机中性点侧相电流互感器(4)、变流器网侧相电流互感器(6)、机组升压变低压侧电流互感器(7)及机组用电干式变电流互感器(10)之间的保护范围内出现的电气故障为双馈式发电机(1)定子绕组三相短路故障、双馈式发电机(1)定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆(2)三相短路故障、发电机出线电缆(2)两相短路故障中的一种或者几种的组合。
3.根据权利要求1所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统，其特征在于，发电机中性点零序电流互感器(5)保护范围内双馈式发电机(1)及发电机出线电缆(2)出现的电气故障为双馈式发电机(1)定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机(1)定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆(2)两相短路接地故障及发电机出线电缆(2)单相接地故障中的一种或者几种的组合。
4.根据权利要求1所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统，其特征在于，差动保护及零序接地保护装置(8)采集的电气模拟量包括发电机中性点侧相电流、变流器侧相电流、机组用电干式高压侧电流、发电机中性点零序电流、发电机机端电压及发电机频率。
5.根据权利要求1所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统，其特征在于，差动保护及零序接地保护装置(8)采集的开关量包括变桨装置零位信号及变流器运行信号。
6.根据权利要求1所述的电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的系统，其特征在于，差动保护及零序接地保护装置(8)的跳闸出口包括至安全链装置的出口、至变压器低压侧断路器出口及至变流器出口。
7.一种电气量保护双馈风力发电机、出线电缆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在双馈式发电机(1)运行期间，差动保护及零序接地保护装置(8)根据采集到的电气模拟量及开关量判断是否出现双馈式发电机(1)定子绕组三相短路故障、双馈式发电机(1)定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆(2)三相短路故障、发电机出线电缆(2)两相短路故障、双馈式发电机(1)定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机(1)定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆(2)两相短路接地故障及发电机出线电缆(2)单相接地故障，当出现馈式发电机定子绕组三相短路故障、双馈式发电机(1)定子绕组两相短路故障、发电机出线电缆(2)三相短路故障、发电机出线电缆(2)两相短路故障、双馈式发电机(1)定子绕组两相短路接地故障、双馈式发电机(1)定子绕组单相接地故障、发电机出线电缆(2)两相短路接地故障或发电机出线电缆(2)单相接地故障时，则启动跳闸出口，触发安全链动作，跳开变压器低压侧断路器(9)。
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