陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置及方法

摘要

本发明公开了一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置及方法，保护装置包括第一电流互感器、第二电流互感器、不完全差动保护装置和第一断路器，第一电流互感器安装在箱式变压器低压侧线路上，第二电流互感器安装在风力发电机组定子电流输出线路上，不完全差动保护装置分别与第一电流互感器和第二电流互感器电连接，取箱式变压器低压侧电流和风力发电机组定子电流为输入信号，控制第一断路器实现断路保护。本发明显著提升对风力发电机、变频柜、箱式变压器及其连接电缆等设备保护的灵敏性、可靠性、选择性和速动性，同时不受风电机组低电压穿越工况的影响，有效降低设备电气毁坏几率。

说明书

技术领域

本发明涉及风电机组技术领域，特别是涉及一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置及方法。

背景技术

近年来，中国风电产业发展迅猛。截止2020年6月底，全国风电累计装机2.17亿千瓦，稳居世界第一位。同时，随着风电机组向着长叶片、单机容量大方向发展，单台风电机组造价愈来愈高，其故障停机损失也愈来愈大。根据故障统计数据显示，风力发电机、变频器、箱式变压器(以下简称“箱变”)及其他电气故障占风电场故障总量的一半以上，风电行业内近年来发生的数十起风机烧毁、人员灼伤事故均由电气故障引发。由此可见，风机电气故障占比高、后果严重。

目前，风电机组电气故障主要靠其塔底断路器和箱变低压侧断路器切断，但这两个断路器的保护装置可维护性差、可靠性低，故障时经常发生拒动导致事故扩大。同时，风电机组处于电网末端，故障电流相对较小，加之受低电压穿越的电流影响，导致现有的各级保护定值较大、灵敏度低。

由此可见，上述现有的风电机组、箱式变压器保护装置及方法，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的陆上双馈式风电机组、箱式变压器保护装置及方法，实属当前重要研发课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置，使其实现对风力发电机、变频柜、箱变及相关电缆更可靠、更灵敏的保护，以避免发生重大的风电机组、箱变电气事故，从而克服现有的风电机组、箱式变压器电气保护装置的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置，包括第一电流互感器、第二电流互感器、不完全差动保护装置和第一断路器，所述第一电流互感器安装在箱式变压器低压侧线路上，所述第二电流互感器安装在风力发电机组定子电流输出线路上，所述不完全差动保护装置分别与第一电流互感器和第二电流互感器电连接，取箱式变压器低压侧电流I1和风力发电机组定子电流I2为输入信号，所述第一断路器安装在箱式变压器低压侧线路上并与不完全差动保护装置电连接，接收动作信号实现断路保护。

作为本发明的一种改进，所述不完全差动保护装置与第二断路器电连接，第二断路器安装在风机塔底。

进一步地，所述风电机组的定子绕组为星形接法的，所述第二电流互感器安装在中性点侧。

进一步地，所述风电机组的定子绕组为角形接法的，所述第二电流互感器安装在靠近发电机出口侧。

进一步地，所述不完全差动装置设置有比例差动保护动作条件和速断差动动作条件，其中：

制动电流Ir＝|I1+I2|，差动电流Id＝|I1-I2|，风电机组额定电流为Ie，预设斜率为k，预设比例差动启动值为Iqd，预设速断差动定值为Isd；

所述预设比例差动启动值Iqd按照可靠躲过风电机组满负荷运行时转子侧电流I3整定，可靠系数不小于1.2，和按照可靠躲过风电机组启动、运行和停机过程中最大的差动不平衡电流整定；

所述速断差动定值Isd按照可靠躲过外部故障最大不平衡电流整定；

比例差动保护动作条件为：

当Ir≤Ie时，Id>Iqd即启动比例差动保护，

当Ir>Ie时，Id>Iqd+k×(Ir-Ie)即启动比例差动保护；

速断差动保护动作条件为：

当Id>Isd即启动速断差动保护。

进一步地，所述不完全差动装置设有谐波制动闭锁和CT断线闭锁。

此外，本发明还提供了一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护方法，使其实现对风力发电机、变频柜、箱变及相关电缆更可靠、更灵敏的保护，以避免发生重大的风电机组、箱变电气事故，从而克服现有的风电机组、箱式变压器保护方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护方法，其特征在于，采用上述的陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置，包括比例差动保护和速断差动保护，其中：

制动电流Ir＝|I1+I2|，差动电流Id＝|I1-I2|，风电机组额定电流为Ie，预设斜率为k，预设比例差动启动值为Iqd，预设速断差动定值为Isd；

所述预设比例差动启动值Iqd的整定方法为：

按照可靠躲过风电机组满负荷运行时转子侧电流I3整定，可靠系数不小于1.2，

和按照可靠躲过风电机组启动、运行和停机过程中最大的差动不平衡电流整定；

所述速断差动定值Isd的整定方法为：

按照可靠躲过外部故障最大不平衡电流整定；

比例差动保护动作条件为：

当Ir≤Ie时，Id>Iqd即启动比例差动保护，

当Ir>Ie时，Id>Iqd+k×(Ir-Ie)即启动比例差动保护；

速断差动保护动作条件为：

当Id>Isd即启动速断差动保护。

作为进一步改进，所述陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护方法设有谐波制动闭锁和CT断线闭锁。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明显著提升对风力发电机、变频柜、箱式变压器及其连接电缆等设备保护的灵敏性、可靠性、选择性和速动性，同时不受风电机组低电压穿越工况的影响，有效降低设备电气毁坏几率。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明提供的陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置的组成原理图。

图2是不完全差动保护装置的保护动作条件触发的示意坐标图。

图3是不完全差动保护装置的保护逻辑图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器电气保护装置，包括第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、不完全差动保护装置和第一断路器Q1，所述第一电流互感器CT1安装在箱式变压器低压侧线路上，所述第二电流互感器CT2安装在风力发电机组定子电流输出线路上，所述不完全差动保护装置分别与第一电流互感器CT1和第二电流互感器CT2电连接，取箱式变压器低压侧电流I1和风力发电机组定子电流I2为输入信号，所述第一断路器Q1安装在箱式变压器低压侧线路上并与不完全差动保护装置电连接。在本发明的其他实施例中，还设置有第二断路器，所述第二断路器安装在风机塔底，第二断路器也与不完全差动保护装置电连接。

优选的，对于风电机组的定子绕组为星形接法的，所述第二电流互感器CT2安装在中性点侧。对于风电机组的定子绕组为角形接法的，所述第二电流互感器CT2安装在靠近发电机出口侧。

请参阅图2，所述不完全差动装置设置有比例差动保护动作条件和速断差动动作条件，图中，制动电流Ir＝|I1+I2|，差动电流Id＝|I1-I2|，风电机组额定电流为Ie，预设斜率为k，预设比例差动启动值为Iqd，预设速断差动定值为Isd；

比例差动保护动作条件为：

当Ir≤Ie时，Id>Iqd即启动比例差动保护；

当Ir>Ie时，Id>Iqd+k×(Ir-Ie)即启动比例差动保护。

速断差动保护动作条件为：

当Id>Isd即启动速断差动保护。

所述预设比例差动启动值Iqd的整定方法为：

(1)按照可靠躲过风电机组满负荷运行时转子侧电流I3整定，可靠系数不小于1.2；

(2)按照可靠躲过风电机组启动、运行和停机过程中最大的差动不平衡电流整定。

所述速断差动定值Isd的整定方法为：

按照可靠躲过外部故障最大不平衡电流整定。

请参阅图3，所述不完全差动装置的保护逻辑除比例差动保护和速断差动保护外，还包括谐波制动闭锁和CT断线闭锁。

谐波制动闭锁应充分考虑风电机组启动、运行、停机及外部故障大电流(如低电压穿越)等工况下谐波情况，并与内部故障时谐波做出区别判断，防止正常工况与外部故障时误动、内部故障时拒动。

CT断线闭锁仅在较小电流或差动电流下启动(如1.1×Ie)，在较大电流或差动电流下退出(如1.2×Ie)。

此外，本发明还提供一种陆上双馈式风电机组、箱式变压器保护方法，采用上述的陆上双馈式风电机组、箱式变压器保护装置，保护逻辑、比例差动保护动作条件、速断保护动作条件、比例差动启动值Iqd的整定方法、速断差动定值Isd的整定方法在上述不完全差动装置的功能设置中以进行了详述，再次不再进行赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。