9.20-风电场的电气系统讲解.ppt

2.4 电气保护 电气保护的概念 电气系统相互影响； 电气系统故障不可避免； 正常与非正常； 电量分析与故障识别 大电流的危害： (1)由于大电流流入接地阻抗引起的过电压对生命的危害 (2) 大电流破坏性发热和电磁影响对设备的危害； (3)对电力系统稳定性的危害。 网络保护概念：可靠性、选择性、快速性、灵敏性 风电场典型的保护配置 保护分区 区域D：在风轮机塔的底部，690 V断路器(铠装断路器)用来保护下垂电缆和发电机， 区域C：从风力机变压器到塔基柜的690 V连接电缆。保险丝或断路器做变压器690 V侧电缆保护。裸导体问题。 区域B：11kV/690V变压器，包括它周围的690 V端部区域。变压器激磁浪涌电流问题。检测690 V端故障要充分灵敏。采用11 kV负荷开关（组合的保险丝-分断器）， 11 kV侧故障大的故障电流由11 kV保险丝切除。低压端的故障电流较小，保险丝不能有效地切除，由分断开关切断。 有限接地故障保护，检测从低压绕组和端部区域到地的漏电流， 区域A：11 kV电缆电路，这是常规方式保护，有动作于11 kV 断路器的过电流保护和接地故障保护。 风电场与33（35） kV电网相连的保护 风电场与33 kV电网相连时没有主变压器； 33/11 kV 变压器的保护类似于公用电网同容量变压器的保护方式； 33 kV 开关保险丝不容易获得，对于预期故障电流的整个范围，难以提供33 kV/690 V变压器的全面的保护；对于低电压端的单机相接地故障，有效的保护是特别困难的； 综合保护？ 风电场配电网配置 母线 主变 互感器 断路器 避雷器 电缆 接地 风电场线路继电保护 风电提供的短路电流小，衰减快； 保护动作快速（＜10~），计及风电提供的短路电流； 保护动作快速（＞10~），不计风电提供的短路电流； 考虑加方向逻辑元件； 2.4.2 异步发电机孤立运行和自励磁 固定速度的风力机采用异步发电机发电时，没有直接可用的励磁系统。异步发电机的激磁电流来自发电机的定子，也就是需要从系统吸取无功功率。为了减少从电网提供的无功功率，通常采用机端就地配置功率因数校正电容器（power factor correction—PFC）。只要异步发电机连接于配电网，它的端电压就被固定，PFC的作用只是减少从网络中吸取无功功率。一旦异步发电机与系统解列后孤立运行，则有可能引起异步发电机自励磁（self-excitation），导致高的过电压。 异步发电机从电网解列后，失去了负荷，就要加速。发电机旋转速度的增加，因此频率升高，增加了自励磁的可能性。有许多关于连接于配电网的风力机变成孤岛和过电压对用户设备危害的报告。 异步发电机与功率因数校正电容器等效电路 异步发电机和功率因数校正电容器的等效电路，但没有连接到网络（与网络解列，成为孤岛）。在正常运行速度和频率时，异步发电机滑差(s)是很小的，因此转子支路的电阻是很大的，作为最初的近似，可以认为开路。因为定子阻抗(Rs+jXs)比激磁电抗jXm小得多，所以等效电路简化成PFC和激磁电抗的简单并联，这是LC并联电路，但在这种情况下，由于激磁饱和，Xm是电压的非线性函数。 图2-11 两个频率下自励磁的说明 IC-电容器中电流，Im-异步发电机激磁电抗中电流 能量从风力机加到这个电路中，一种因为风力机转子加速可能发生的电压的指示可以通过考虑电容器和电感器电压相交来获得，因为在这个简化模型中的每个元件的电流是相等的。如图2-11所示，点X表示频率f1，譬如说50 Hz下的自励磁电压，而点Y为频率增加到f2，譬如说55 Hz 的自励磁电压。 自励磁可以通过限制PFC的电容(包括任何配电网的电容)到在任何可信的频率范围（在过速期间可能会遇到的）都不会导致谐振条件。 另外，这种谐振条件的可能性必须认识到，如果发生孤岛，就安排快速动作的过电压和过频率保护来停止风力机。 2.4.3 界面保护 需要一种保护，能保证风电场不向配电网络故障提供故障电流或不向网络孤立部分供电。 断路器A打开：对于网络上的故障，困难的是风力机不是一个可靠的故障电流源，因此断路器B不能由过电流保护来跳闸，网络的基于电流动作的保护被用来打开断路器A，这样风力机被隔离， 风力机还存在机械输入加速，但不再输出功率到网络。这个加速如故障发生一样快，因为在断路器A跳闸前，因故障降低了网络电压，制约了电功率输出 断路器B打开：由检测风力机旋转速度增加的过频率继电器或由检测与网络连接点的电压的低/过—电压继电器失去电压变化的监控而打开。 过/低—频率继电器和过/低—电压继电器有一个时间延滞，例如500 ms，以减少误动作 在大风中，风力机按机械过速保护而停运。 风力发电机被解裂成孤岛问题 发电机被隔离后，利