专利名称：风电场用35kV美式箱变缺相保护方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风电场用35kv美式箱变缺相保护方法及装置，属于电力系统故障分析技术领域。
背景技术：
箱式变电站(简称箱变)一般由高压室、变压器室和低压室组成。根据产品结构不同及采用元器件的不同，分为欧式箱变和美式箱变两种典型风格。美式箱变高压侧采用熔断器保护，而负荷开关只起投切转换和切断高压负荷电流的功能，容量较小。当高压侧出现一相熔丝熔断，低压侧的电压就降低，塑壳自动空气开关欠电压保护或过电流保护就会动作，低压运行不会发生。在电力系统中，输电线路一相断开或两相断开(含熔断器熔断)被称为非全相运行状态，又称纵向不对称故障。在此情况下，不会引起过电压，一般也不会引起大电流(非全相运行伴随振荡情况除外)，但由于出现了纵向不对称，系统中要产生负序分量、零序分量(中性点不接地系统除外)，当负序电流流过发电机时，危及发电机转子，造成转子过热和绝缘损坏，影响发电机出力。在风力发电场中，升压变压器的低压(0.69kV)侧设计有断路器，高压侧安装熔断器，但没有缺相保护功能。
发明内容
本发明目的是提供一种风电场用35kV美式箱变缺相保护方法及装置，为防止升压变压器高压(35kV)侧因熔断器熔断影响风力发电机，增设缺相保护功能，可动作于信号，也可动作于跳闸，且通过报文显示，解决背景技术中存在的上述问题。本发明的技术方案是
一种风电场用35kV美式箱变缺相保护装置，包含中央处理器、电流输入模块、电压输入模块、非电量及开关量输入模块、模数转换模块、光电隔离模块、人机交互模块、控制输出模块，电流输入模块、电压输入模块通过模数转换模块连接中央处理器，非电量及开关量输入模块通过光电隔离模块连接中央处理器，连接中央处理器连接机交互模块、控制输出模块。本发明具有RS485接口、CAN总线接口(选配)，支持IEC60870-5_103、Modbus协议； 能够与风电场监控系统接口。一种风电场用35kV美式箱变缺相保护方法，通过断路器内的电流互感器和零序互感器，将所需要的电流信号采集后由中央处理器运算出电流量，作为主要盘据，辅助判据电压量直接从系统采集并运算，非电量及开关量经光电隔离后交中央处理器采集，来判定风电场用35kV美式箱变缺状态，控制输出模块根据条件自动或手动输出判定结果。本发明缺相保护，输出结果动作于信号或者动作于跳闸，在风力发电场中，为防止升压变压器高压侧因熔断器熔断影响风力发电机。所说的判定风电场用35kV美式箱变缺状态分为①单相缺相判别；②两相缺相判别；③三相缺相判别；④低压侧缺相；⑤过负荷告警。风电场一次系统情况升压变压器低压(0.69kV)侧设计有断路器、电流互感器， 无电压互感器，变压器高压(35kV)侧安装熔断器，无断路器。发生非全相运行的故障情况有
1)高压侧正常运行，无短路故障或者相间短路故障造成的，一相保险熔断；
2)高压侧发生两相短路故障，造成两相保险熔断；
3)高压侧发生三相短路故障，造成三相保险熔断；
4)低压侧发生接地故障、相间短路故障，非全相运行。 过负荷告警也是本发明具备的功能，为便于叙述，与缺相判定放在一起。本发明具体的缺相判别过程如下
①单相缺相判别低压(0.69kV)侧三相电流均小于最大负荷电流，谐波电流分量小， 高压(35kV)侧任意一相发生熔断器熔断，造成低压侧的三相电流大小和相位发生变化；高压侧二次电流的大小和相位也随之发生变化；缺相故障前低压侧为正相序，三相电流相角差为120°，无负序电流，无零序电流；当高压侧发生单相熔断器熔断，例如高压侧A相保险跌落，低压侧A、B相电流大小基本相等，相位相同，C相电流大小为A、B相电流的二倍， 相位相反，并且产生负序电流，经过设定的延时时间确认单相缺相后，跳变压器低压侧断路器；本发明采用负序电流启动保护元件，通过判别低压电源侧各相电流来区分哪一相断线.
一入 ，
②两相缺相判别当高压侧线路发生短路故障时，造成两相缺相，熔断器熔断后，变压器不能送出负荷，各相电流很小；当低压侧开关处于合位，低压侧三相电流均小于2*、经延时确认后，可告警或动作于跳闸；Ikz为变压器空载电流；
③三相缺相判别判别依据同两相缺相判别；
④低压侧缺相低压侧缺相后，产生负序电流和零序电流，经过延时时间后，确认缺相故障，跳变压器低压侧断路器；
⑤过负荷告警当低压侧任意一相电流大于过负荷电流定值，经过负荷延时时间后，发
告警信号。本发明能够判别升压变压器的高压侧和低压侧发生缺相运行时的不同故障情况， 区别于一般的发电机缺相保护，对于不同的故障情况均可以通过报文显示，便于进行故障分析；本发明的装置具有RS485接口、CAN总线接口(选配)，支持IEC60870-5-103、Modbus 协议；能够与风电场监控系统接口。本发明的有益效果是本发明适用于切除风电场35kV美式箱变高压侧和低压侧的缺相运行故障，集成了保护、控制、测量和状态监视等功能，具有变压器高压侧和低压侧缺相保护、低压侧过流保护、过电压、欠电压保护及过负荷告警功能，防止升压变压器高压 (35kV)侧因熔断器熔断影响风力发电机，本发明集保护、测量、控制和状态监测等功能一体的，配有通讯接口，并且结构紧凑、减少安装空间。
图1是本发明实施例的结构示意具体实施例方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。参照附图1，一种风电场用35kV美式箱变缺相保护装置，包含中央处理器、电流输入模块、电压输入模块、非电量及开关量输入模块、模数转换模块、光电隔离模块、人机交互模块、控制输出模块，电流输入模块、电压输入模块通过模数转换模块连接中央处理器，非电量及开关量输入模块通过光电隔离模块连接中央处理器，连接中央处理器连接机交互模块、控制输出模块。一种风电场用35kV美式箱变缺相保护方法，通过断路器内的电流互感器和零序互感器，将所需要的电流信号采集后由中央处理器运算出电流量，作为主要盘据，辅助判据电压量直接从系统采集并运算，非电量及开关量经光电隔离后交中央处理器采集，来判定风电场用35kV美式箱变缺状态，控制输出模块根据条件自动或手动输出判定结果。本发明缺相保护，输出结果动作于信号或者动作于跳闸，在风力发电场中，为防止升压变压器高压侧因熔断器熔断影响风力发电机。在实施例中，本发明故障处理流程 A.高压侧单相缺相
35KV高压侧输出端发生故障，导致某相熔断器熔断，产生单相缺相，在断路器内的电流互感器处会产生电流变化，电流经采集和运算，计算出负序电流12，当I2>I2dz (I2dz设定的负序电流启动定值)时，启动单相缺相故障处理流程，比较此时的单相电压值，如果都大于 620V (0. 9倍的额定电压)，进入延时T (T时间定值)，如果在T时间内上述两个条件均不再满足，则退出流程，返回正常状态；如上述两个条件在T时间均能满足，则完成跳闸动作；如果此项保护选择的是动作于信号，则发出告警信号，不动作于跳闸。B.高压侧两相以上缺相
由于升压变高压侧采用角型接线，当35KV高压侧两相以上断线时，升压变压器处于空载状态，低压电源690V侧通过断路器的三相电流非常小，当断路器处于合位，三相电压均大于620V，其三相电流全部小于2*IKZ经延时确认后，可告警或动作于跳闸；Ikz为变压器空载电流。C.低压侧缺相
当在断路器处于合位时，变压器星型端出现单相电流小于2*ΙΚΖ，同时对应的单相额定 690V电压小于69V，可判断为该相低压侧缺相，动作与告警。D.低压侧过流保护
在变压器的低压侧，通过断路器的单相电流经采集运算后，同相应的过流定值比较，当其超过过流定值时，启动延时确认，通过延时确认后完成跳间动作。Ε.过负荷告警
在变压器的低压侧，通过断路器的单相电流经采集运算后，同过负荷定值比较，当其超过过负荷定值时，启动延时确认，可通过延时确认后，完成跳闸动作，也可动作于告警。
权利要求
1.一种风电场用35kv美式箱变缺相保护装置，其特征在于包含中央处理器、电流输入模块、电压输入模块、非电量及开关量输入模块、模数转换模块、光电隔离模块、人机交互模块、控制输出模块，电流输入模块、电压输入模块通过模数转换模块连接中央处理器，非电量及开关量输入模块通过光电隔离模块连接中央处理器，连接中央处理器连接机交互模块、控制输出模块。
2.根据权利要求1所述之风电场用35kV美式箱变缺相保护装置，其特征在于本发明具有RS485接口、CAN总线接口(选配)，支持IEC60870-5-103、Modbus协议；能够与风电场监控系统接口。
3.一种风电场用35kV美式箱变缺相保护方法，其特征在于通过断路器内的电流互感器和零序互感器，将所需要的电流信号采集后由中央处理器运算出电流量，作为主要盘据， 辅助判据电压量直接从系统采集并运算，非电量及开关量经光电隔离后交中央处理器采集，来判定风电场用35kV美式箱变缺状态，控制输出模块根据条件自动或手动输出判定结^ ο
4.根据权利要求3所述之风电场用35kV美式箱变缺相保护方法，其特征在于本发明缺相保护，输出结果动作于信号或者动作于跳闸，在风力发电场中，为防止升压变压器高压侧因熔断器熔断影响风力发电机。
5.根据权利要求3或4所述之风电场用35kV美式箱变缺相保护方法，其特征在于所说的判定风电场用35kV美式箱变缺状态分为①单相缺相判别；②两相缺相判别；③三相缺相判别；④低压侧缺相；⑤过负荷告警。
6.根据权利要求5所述之风电场用35kV美式箱变缺相保护方法，其特征在于具体的缺相判别过程如下①单相缺相判别低压(0.69kV)侧三相电流均小于最大负荷电流，谐波电流分量小， 高压(35kV)侧任意一相发生熔断器熔断，造成低压侧的三相电流大小和相位发生变化；高压侧二次电流的大小和相位也随之发生变化；缺相故障前低压侧为正相序，三相电流相角差为120°，无负序电流，无零序电流；当高压侧发生单相熔断器熔断，例如高压侧A相保险跌落，低压侧A、B相电流大小基本相等，相位相同，C相电流大小为A、B相电流的二倍， 相位相反，并且产生负序电流，经过设定的延时时间确认单相缺相后，跳变压器低压侧断路器；本发明采用负序电流启动保护元件，通过判别低压电源侧各相电流来区分哪一相断线.一入 ，②两相缺相判别当高压侧线路发生短路故障时，造成两相缺相，熔断器熔断后，变压器不能送出负荷，各相电流很小；当低压侧开关处于合位，低压侧三相电流均小于2*、经延时确认后，可告警或动作于跳闸；Ikz为变压器空载电流；③三相缺相判别判别依据同两相缺相判别；④低压侧缺相低压侧缺相后，产生负序电流和零序电流，经过延时时间后，确认缺相故障，跳变压器低压侧断路器；⑤过负荷告警当低压侧任意一相电流大于过负荷电流定值，经过负荷延时时间后，发告警信号。
全文摘要
本发明涉及一种风电场用35kV美式箱变缺相保护方法及装置，属于电力系统故障分析技术领域。技术方案是通过断路器内的电流互感器和零序互感器，将所需要的电流信号采集后由中央处理器运算出电流量，作为主要盘据，辅助判据电压量直接从系统采集并运算，非电量及开关量经光电隔离后交中央处理器采集，来判定风电场用35kV美式箱变缺状态，控制输出模块根据条件自动或手动输出判定结果。本发明适用于切除风电场35kV美式箱变高压侧和低压侧的缺相运行故障，集成了保护、控制、测量和状态监视等功能，具有变压器高压侧和低压侧缺相保护、低压侧过流保护、过电压、欠电压保护及过负荷告警功能，防止升压变压器高压(35kV)侧因熔断器熔断影响风力发电机。
文档编号H02H7/22GK102244380SQ20111009599
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年12月22日
发明者崔新梅, 张新颖, 曹印宝, 李翠珍, 李香云, 杨大福, 王纯, 赵峰 申请人:保定天威集团有限公司