CN220107590U - 开关设备和风电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种开关设备及风电系统，所述开关设备包括：进线模块；进线隔离开关，与所述进线模块连接；断路器，与所述进线隔离开关连接；母线隔离开关，与所述断路器连接；及输出集电模块，与所述母线隔离开关连接。若开关设备的断路器发生故障时，则可以在母线隔离开关分闸的基础上，进一步地将进线隔离开关分闸，使得断路器不仅与输出集电模块的线路断开，还与风力发电机组中的线路断开，从而使得断路器处于故障隔离的状态，以确保对断路器进行检修时的安全性，以及检修后验收试验的便利性。

Description

开关设备和风电系统

技术领域

本申请涉及风电技术领域，特别是涉及开关设备及风电系统。

背景技术

随着经济的快速发展，所需求的电力能源也是越来越大。过去单靠燃煤或核电等污染大的设备已经不能满足供电要求了，因而需要改变能源结构，包括开发太阳能、风力、水力等绿色能源。而风能发电作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源，风资源的开发利用是能源发展战略和调整能源结构的重要措施之一。

大多数风力发电机组被安装在条件较为艰苦的偏僻地区，这就使得风力发电机组的稳定运行变得尤为重要。即使风力发电机组存在很小的问题，但是能够对风力发电机组造成不稳定运行的状态。此时，需要投入大量的人力和物力来进行工作，以消除风力发电机组存在的问题对风力发电机组的影响。

现有的风力发电机组一般包括塔筒、风力发电机、升压变压器和开关设备，风力发电机设置于塔筒顶部，升压变压器和开关设备设置在塔筒底部，风电发电机通过电缆连接升压变压器，升压变压器与开关设备之间用电缆连接，开关设备再通过电缆与其它风力发电机组或集控站连接。

开关设备作为风力发电机组中重要的保护设备，其作用是既将本风力发电机组的风力发电机通过该开关设备传输给集控站，又将附近风机的电能用电缆通过该开关设备汇集后传输给集控站。并且，开关设备还可以用于在风力发电机组发生故障时，对风力发电机组中的故障设备和带电运行设备进行可靠电气隔离，并通过有效隔离故障设备，避免故障影响范围扩大，以便对需要检修的设备进行检修作业。

其中，目前的开关设备通常设置有与风力发电机以及集控站相连通的断路器，当风力发电机和集控站任一者产生故障时，可以通过断路器的断开，来实现对风力发电机和集控站保护的。但若开关设备中的断路器自身产生故障，例如短路等，则无法对断路器进行故障隔离，不利于断路器的检修。

实用新型内容

基于此，有必要针对目前的开关设备无法对断路器进行故障隔离问题，提供一种开关设备及风电系统。

一种开关设备，包括：

进线模块；

进线隔离开关，与所述进线模块连接；

断路器，与所述进线隔离开关连接；

母线隔离开关，与所述断路器连接；及

输出集电模块，与所述母线隔离开关连接。

在其中一个实施例中，所述母线隔离开关包括母线输入端、母线接地端和母线输出端，所述母线隔离开关的母线输入端与所述断路器连接，所述母线隔离开关的母线输出端与所述输出集电模块连接。

在其中一个实施例中，所述进线隔离开关包括进线输入端、进线接地端和进线输出端，所述进线隔离开关的所述进线输入端与所述进线模块连接，所述进线隔离开关的所述进线输出端与所述断路器连接。

在其中一个实施例中，所述开关设备还包括电流互感器，所述断路器通过所述电流互感器与所述进线隔离开关连接。

在其中一个实施例中，所述输出集电模块包括出线模块和多个集线模块，所述母线隔离开关与所述多个集线模块、以及所述出线模块连接。

在其中一个实施例中，所述开关设备还包括出线隔离开关和多个集线隔离开关，各所述集线隔离开关与各所述集线模块一一对应，每个所述集线模块通过对应的集线隔离开关与所述出线隔离开关连接，所述母线隔离开关与所述出线隔离开关连接，所述出线隔离开关与所述出线模块连接。

在其中一个实施例中，所述出线隔离开关包括出线输入端、出线接地端和出线出线输出端，所述出线隔离开关的所述出线输入端与所述母线隔离开关、以及每个所述集线隔离开关连接，所述出线隔离开关的所述出线输出端与所述出线模块连接。

在其中一个实施例中，所述开关设备还包括快速接地开关，所述快速接地开关连接于所述出线隔离开关与所述出线模块之间。

在其中一个实施例中，每个所述集线隔离开关均包括集线输入端、集线接地端和集线输出端，每个所述集线隔离开关的所述集线输入端与对应的所述集线模块连接，每个所述集线隔离开关的所述集线输出端与所述出线隔离开关连接。

一种风电系统，包括如上任一项所述的开关设备。

上述开关设备，当风力发电机组正常工作时，进线隔离开关、断路器以及母线隔离开关均处于合闸状态风力发电机产生的电能，依次经过进线模块，进线隔离开关、断路器、母线隔离开关、输出集电模块后，输出至集控站中。当风力发电机组需要进行检修时，可以将断路器断开，并将母线隔离开关分闸，以断开该风力发电机组与集控站以及其他风力发电机组的连接，从而将对风力发电机组中的故障设备与风电系统中其他带电设备进行隔离，避免故障影响范围扩大。同时，由于该风力发电机组的进线模块通过母线隔离开关与输出集电模块断开，因此其他风力发电机组的电能依旧可以正常通过输出集电模块的集流，并输出到集控站内。其中，若开关设备的断路器发生故障，则可以在在母线隔离开关分闸的基础上，进一步地将进线隔离开关分闸，使得断路器不仅与输出集电模块的线路断开，还与风力发电机组中的线路断开，从而使得断路器处于故障隔离的状态，以确保对断路器进行检修时的安全性，以及检修后验收试验的便利性。

附图说明

图1为本申请一些实施例中开关设备的结构示意图。

图2为图1实施例中开关设备的接线示意图。

进线模块10；进线隔离开关11；进线输入端111；进线接地端112；进线输出端113；断路器12；母线隔离开关13；母线输入端131；母线接地端132；母线输出端133；电流互感器14；

输出集电模块20；出线模块21；集线模块22；出线隔离开关23；出线输入端231；出线接地端232；出线输出端233；集线隔离开关24；集线输入端241；集线接地端242；集线输出端243；快速接地开关25；

壳体30；母线室31；气体监测表计32；插拔外挂式避雷器33。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“总”、“出线”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“总”、“出线”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现总特征在出线特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是总和出线特征直接接触，或总和出线特征通过中间媒介间接接触。而且，总特征在出线特征“之上”、“上方”和“上面”可是总特征在出线特征正上方或斜上方，或仅仅表示总特征水平高度高于出线特征。总特征在出线特征“之下”、“下方”和“下面”可以是总特征在出线特征正下方或斜下方，或仅仅表示总特征水平高度小于出线特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

开关设备，全称为气体绝缘金属封闭开关设备，它将断路器12、隔离开关、接地开关、母线、避雷器、电流互感器14、终端配置等主要元件组合封闭在接地的金属壳体30内，并充以一定压力的SF气体作为绝缘介质和灭弧介质，具有体积小、占地面积少、不受外界环境影响、运行安全可靠、维护简单和检修周期长等优点。

开关设备通过断开和合闸内部的接地开关、断路器12和隔离开关等电气元件，来切换不同的运行方式以用于满足风力发电的需求。其中，断路器12是开关设备的重要组成部分，断路器12是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。

断路器12设置在风力发电机组与集控站连接的主线路上，以控制该风力发电机组与其他风力发电机组或集控站之间的通断，若风力发电机组的某个设备发生故障时，通过断开断路器12，来将该风力发电机组与集控站断开，以将故障设备与其他的带电运行设备断开，以便于对故障的设备进行维修。

由上可知，断路器12能够对故障设备进行故障隔离，靠的是自身能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，但如果断路器12自身发生故障，由于断路器12的输入端和输出端均与带电运行设备连接，因此无法将断路器12从带电运行设备之间隔离出来，不利于对断路器12进行故障检修。

参阅图1和图2，图1示出了本申请一实施例中的开关设备的结构示意图，图2为图1实施例中开关设备的接线示意图，本申请一实施例提供的开关设备，包括：进线模块10、进线隔离开关11、断路器12、母线隔离开关13、输出集电模块20。

其中，进线模块10的输入端用于与风力发电机组中的升压变压器连接，以用于接收来自风力发电机组中风力发电机产生的电能，进线模块10的输出端与进线隔离开关11的输入端连接，进线隔离开关11的输出端则与断路器12的输入端连接，断路器12的输出端与母线隔离开关13的输入端连接，母线隔离开关13的输入端与输出集电模块20的输入端连接，风力发电机产生的电能输入到输出集电模块20之后，与其他风力发电组的电能集流之后，一同输入到集控站。

当风力发电机组正常工作时，进线隔离开关11、断路器12以及母线隔离开关13均处于合闸状态风力发电机产生的电能，依次经过进线模块10，进线隔离开关11、断路器12、母线隔离开关13、输出集电模块20后，输出至集控站中。

当风力发电机组需要进行检修时，可以将断路器12断开，并将母线隔离开关13分闸，以断开该风力发电机组与集控站以及其他风力发电机组的连接，从而将对风力发电机组中的故障设备与风电系统中其他带电设备进行隔离，避免故障影响范围扩大。同时，由于该风力发电机组的进线模块10通过母线隔离开关13与输出集电模块20断开，因此其他风力发电机组的电能依旧可以正常通过输出集电模块20的集流，并输出到集控站内。其中，若开关设备的断路器12发生故障，则可以在母线隔离开关13分闸的基础上，进一步地将进线隔离开关11分闸，使得断路器12不仅与输出集电模块20的线路断开，还与风力发电机组中的线路断开，从而使得断路器12处于故障隔离的状态，以确保对断路器12进行检修时的安全性，以及检修后验收试验的便利性。

本申请的一些实施例中，母线隔离开关13包括母线输入端131、母线接地端132和母线输出端133，母线输入端131与断路器12连接，母线隔离开关13的输出端131与输出集电模块20连接，母线隔离开关13的母线输入端131可受控地选择母线接地端132和母线输出端133的其中一者连通，或者与两者均断开。当风力发电机组正常工作时，母线隔离开关13的母线输入端131与母线输出端133连接，进线模块10的电能能够正常通过进线隔离开关11、断路器12以及母线隔离开关13进入到输出集电模块20。

当需要对断路器12进行故障隔离时，在进线隔离开关11断开的基础上，可以将母线隔离开关13的母线输入端131与母线输出端133断开，以隔离断路器12，必要的时候还可以将母线隔离开关13的的母线输入端131与母线接地端132连接，并通过母线隔离开关13使得断路器12进行有效地接地，提高了断路器12的绝缘性能，进一步地保证对断路器12进行检修时的安全性，以及检修后验收试验的便利性。

本申请的一些实施例中，进线隔离开关11包括进线输入端111、进线接地端112和进线输出端113，进线隔离开关11的进线输入端111与进线模块10连接，进线隔离开关11的进线输出端113与断路器12连接，进线隔离开关11的进线输入端111可受控地选择进线接地端112和进线输出端113的其中一者连通，或与两者均断开。当风力发电机组正常工作时，进线隔离开关11的进线输入端111与进线输出端113连通，进线模块10的电能能够正常通过进线隔离开关11、断路器12以及母线隔离开关13进入到输出集电模块20。

而当风力发电机组或者进线模块10发生故障时，可以将进线隔离开关11的进线输入端111与进线输出端113断开，以隔离风力发电机组或进线模块10与断路器12的连接，并且在必要的时候还可以将进线隔离开关11的进线输入端111与进线接地端112连接，以对进线模块10进行接地，保证检修作业的安全性。

本申请的一些实施例中，开关设备还包括电流互感器14，断路器12通过电流互感器14与进线隔离开关11连接，以通过电流互感器14对断路器12与进线隔离开关11之间线路上的电流进行测量，同时还能够配合继电器12，在线路发生短路过载等故障时，对电路起到一定的保护作用。

本申请的一些实施例中，输出集电模块20包括出线模块21和多个集电模块，母线隔离开关13与多个集线模块22、以及出线模块21连接。出线模块21用于与集控站连接，每个集电模块用于与外部的其中一个风力发电机组连接。当风力发电机组正常工作时，该风力发电机产生的电能，与其他风力发电机组产生的电能相互集流之后，汇集各个风力发电机组产生的电能最后通过出线模块21来输出至风电场的集控站。

在一些实施例中，为了分别控制出线模块21和每个集线模块22与进线模块10之间的通断，开关设备还包括出线隔离开关23和多个集线隔离开关24，各集线隔离开关24分别与各集线模块22一一对应，每个集线模块22通过对应的隔离开关与出线隔离开关23连接，母线隔离开关13与出线隔离开关23连接，出线隔离开关23与出线模块21连接。

如此，出线隔离开关23的合闸和断开，可以控制出线模块21与进线模块10以及多个集线模块22之间的连接和断开，从而控制集控站与全部风力发电机组的连接和断开。而每个集线隔离开关24的合闸和断开，则可以分别控制每个集线模块22与出线模块21之间的通断，以用于控制其他风力发电机组与集控站之间的通断。

可选地，上述进线模块10、出线模块21和每个集线模块22均为肘型电缆进出线模块，肘型电缆进出线模块的操作简易，生产成本低，便于人员在安装连接电缆时使用。

具体到一些实施例中，出线隔离开关23包括出线输入端231、出线接地端232和出线输出端233，出线隔离开关23的出线输入端231与母线隔离开关13、以及每个集线隔离开关24连接，出线隔离开关23的出线输出端233与出线模块21连接，出线隔离开关23的出线输入端231可受控地选择出线接地端232和出线输出端233的其中一者连通，或与两者均断开。当风力发电机组正常工作时，出线隔离开关23的出线输入端231与出线输出端233连接，进线模块10的电能可以正常通过出线隔离开关23输出至出线模块21上，以输出至公共电网的用电负荷的电力连接系统。

而集控站出现故障时，可以将出线隔离开关23的出线输入端231与出线输出端233断开，以断开风能系统中的全部风力发电机组与集控站的连接，必要的时候还可以将出线隔离开关23的出线输入端231与出线接地端232连接，以使得全部风力发电机组处于接地的状态。

进一步地，开关设备还包括快速接地开关25，快速接地开关25并接在出线隔离开关23与出线模块21之间，以用来闭合平行回路产生的感应电流，并且快速接地开关25还具有一定关合短路电流能力，除了可以用于切断短路电流之外，还可以做一般的线路检修接开关使用。

具体到一些实施例中，每个集线隔离开关24均包括集线输入端241、集线接地端242和集线输出端243，集线隔离开关24的集线输入端241与集线模块22连接，集线隔离开关24的集线输出端243与出线隔离开关23连接，集线隔离开关24的集线输入端241可受控地与集线接地端242和集线输出端243的其中一者连通，或与两者均断开。当风电系统中其他风电发电机组正常工作时，每个集线隔离开关24的集线输入端241与集线输出端243连接，风电发电机组产生的电能通过对应的集线隔离开关24传输到集控站内。

而当其中一个风力发电机组发生故障时，则可以通过将对应的集线隔离开关24的集线输入端241与集线输出端243断开，以将该风力发电机组与集控站的连接断开，其他风力发电机组对应的集线隔离开关24的集线输入端241与集线输出端243则保持在连接状态，以使得其他的风力发电机组的电能能够正常输入进集控站内。其中，必要的时候可以将故障的风力发电机组的集线隔离开关24的集线输入端241与集线接地端242连接，以将故障的风力发电机组进行接地，以方便维修。

本申请的实施例中，开关设备包括壳体30以及开设在壳体30内部的多个母线室31，进线模块10、出线模块21和集线模块22均分别设置在其中一个母线室31内，母线室31内部填充有一定压力的SF气体作为绝缘介质和灭弧介质。其中，开关设备还包括分别设置在多个母线室31内的气体监测表计32，以通过气体监测表计32监测对应母线室31内的SF气体的压力，保证绝缘效果。

本申请的实施例中，开关设备还包括多个插拔外挂式避雷器33，以通过多个插拔外挂式避雷器33来防止开关设备受到雷电冲击，提高开关设备的系统稳定性。

本申请还提供一种风电系统，其包括如上任一项所述的开关设备，由于该风电系统包括上述开关设备的全部技术特征，因此，该风电系统具备上述开关设备的全部技术效果，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种开关设备，其特征在于，所述开关设备包括：

进线模块(10)；

进线隔离开关(11)，与所述进线模块(10)连接；

断路器(12)，与所述进线隔离开关(11)连接；

母线隔离开关(13)，与所述断路器(12)连接；及

输出集电模块(20)，与所述母线隔离开关(13)连接。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述母线隔离开关(13)包括母线输入端(131)、母线接地端(132)和母线输出端(133)，所述母线隔离开关的母线输入端(131)与所述断路器(12)连接，所述母线隔离开关的母线输出端(133)与所述输出集电模块(20)连接。

3.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述进线隔离开关(11)包括进线输入端(111)、进线接地端(112)和进线输出端(113)，所述进线隔离开关(11)的所述进线输入端(111)与所述进线模块(10)连接，所述进线隔离开关(11)的所述进线输出端(113)与所述断路器(12)连接。

4.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备还包括电流互感器(14)，所述断路器(12)通过所述电流互感器(14)与所述进线隔离开关(11)连接。

5.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述输出集电模块(20)包括出线模块(21)和多个集线模块(22)，所述母线隔离开关(13)与所述多个集线模块(22)、以及所述出线模块(21)连接。

6.根据权利要求5所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备还包括出线隔离开关(23)和多个集线隔离开关(24)，各所述集线隔离开关(24)与各所述集线模块(22)一一对应，每个所述集线模块(22)通过对应的集线隔离开关(24)与所述出线隔离开关(23)连接，所述母线隔离开关(13)与所述出线隔离开关(23)连接，所述出线隔离开关(23)与所述出线模块(21)连接。

7.根据权利要求6所述的开关设备，其特征在于，所述出线隔离开关(23)包括出线输入端(231)、出线接地端(232)和出线出线输出端(233)，所述出线隔离开关(23)的所述出线输入端(231)与所述母线隔离开关(13)、以及每个所述集线隔离开关(24)连接，所述出线隔离开关(23)的所述出线输出端(233)与所述出线模块(21)连接。

8.根据权利要求6所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备还包括快速接地开关(25)，所述快速接地开关(25)连接于所述出线隔离开关(23)与所述出线模块(21)之间。

9.根据权利要求6所述的开关设备，其特征在于，每个所述集线隔离开关(24)均包括集线输入端(241)、集线接地端(242)和集线输出端(243)，每个所述集线隔离开关(24)的所述集线输入端(241)与对应的所述集线模块(22)连接，每个所述集线隔离开关(24)的所述集线输出端(243)与所述出线隔离开关(23)连接。

10.一种风电系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的开关设备。