一种风电场箱式变压器低压系统的接地保护系统及方法与流程

本发明涉及风电场发电设备的继电保护领域，尤其涉及一种风电场箱式变压器低压系统的接地保护系统及方法。

背景技术：

在风电场中，风力发电机组用于将风的动能转换为电能，再由变压器将电能传递到供电网络中。目前，风电场通常采用一机一箱变形式，即：风电场中每台风力发电机组通过与之配套的箱式变压器接入到集电线路，集电线路汇集了若干台风力发电机组电力后并入升压站，最后通过风电场的主变压器与供电网络相连。

现有技术中，风电机组通过连接电缆与配套的箱式变压器电连接，连接电缆的两端分别设置一台断路器，靠近风电机组的断路器为风机并网断路器，靠近箱式变压器低压侧的断路器为低压断路器。其中，风电机组的主控系统和箱式变压器的测控系统分别控制风机并网断路器和低压断路器的跳闸动作。由于风电机组配套的箱式变压器普遍在低压侧系统采用直接接地方式，导致箱变低压侧系统成为事实上的接地系统，加之风电机组的主控系统和箱式变压器的测控系统均未有效配置对应的接地保护，当箱式变压器的低压侧一次系统出现接地故障时，只能依靠断路器自身的脱扣器驱动跳闸动作达到接地保护目的。

但是，不同型号的断路器的脱扣功能有较大差异：有的断路器自身的脱扣器未配置接地保护，当箱式变压器的低压侧一次系统出现接地故障时，这种断路器无法快速跳闸；有的断路器自身的脱扣器配置了接地保护，当箱式变压器的低压侧一次系统出现接地故障时，这种断路器能够跳闸，但是，该接地保护动作是否及时准确决定于零序电流，而零序电流的采集完全取决于断路器自身，这就导致现场存在由于信号采集不准确以及定值整定困难而被迫退出该保护的问题。

综上所述，当风电机组与箱式变压器之间的连接电缆出现接地故障时，由于箱式变压器低压侧的断路器通常不具备接地保护功能或者其接地保护功能的定值未能合理整定，使得断路器不能及时跳闸切除故障而导致设备损坏的事故时有发生，严重影响了风电场的生产安全。

技术实现要素：

本发明提供了一种风电场箱式变压器低压系统的接地保护系统及方法，以解决现有技术中，当风电机组与箱式变压器之间的连接电缆出现接地故障时，由于箱式变压器低压侧的断路器通常不具备接地保护功能或者其接地保护功能的定值未能合理整定而引起的断路器不能及时跳闸切除故障导致设备损坏的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种风电场箱式变压器的接地保护系统，包括电流采集模块、电流分析模块和断路器控制模块，其中：

所述电流采集模块搭载在箱式变压器低压侧连接电缆表面，用于采集所述箱式变压器低压侧的分相电流，将获取到的所述分相电流转化为二次分相电流；

所述电流分析模块用于接收所述二次分相电流，当所述二次分相电流大于电流整定值时输出跳闸信号；

所述断路器控制模块用于接收所述跳闸信号，控制设置在所述箱式变压器和风电机组之间的断路器跳闸。

进一步地，所述电流采集模块包括分相式电流互感器，其中：

所述分相式电流互感器搭载在所述箱式变压器低压侧各相连接电缆表面，用于获取所搭载的连接电缆中的各分相电流。

进一步地，所述电流分析模块包括过流继电器和延时继电器，其中：

所述过流继电器的线圈端子与电流采集模块的二次端子电连接，用于接收所述二次分相电流，当所述二次分相电流大于整定电流值时输出延时信号；

所述延时继电器的线圈端子与所述过流继电器的节点端子电连接，用于接收所述延时信号并启动延时动作，延时动作结束后输出跳闸信号。

进一步地，所述过流继电器包括三个分相过流继电器和一个零序过流继电器，其中：

三个所述分相过流继电器的线圈端子分别与所述电流采集模块的二次端子电连接，分别用于接收其所在相线电缆上的所述二次分相电流，当所述二次分相电流大于分相电流整定值时，输出分相延时信号；

三个所述分相过流继电器并联后分别与所述零序过流继电器的线圈端子串联连接，所述零序过流继电器用于将三个所述分相过流继电器中的分相电流叠加为零序电流，当所述零序电流大于零序电流整定值时，输出零序延时信号。

进一步地，所述延时继电器包括分相延时继电器和零序延时继电器，其中：

所述分相延时继电器的线圈端子与所述分相过流继电器的节点端子电连接，用于接收所述分相延时信号，并启动分相延时动作，分相延时动作后，输出分相跳闸信号；

所述零序延时继电器的线圈端子与所述零序过流继电器的节点端子电连接，用于接收所述零序延时信号，并启动零序延时动作，零序延时动作后，输出零序跳闸信号。

进一步地，所述断路器控制模块包括跳闸线圈，其中：

所述跳闸线圈用于接收所述跳闸信号，并使设置在所述风电机组和箱式变压器之间的断路器跳闸。

进一步地，所述断路器控制模块还包括中间继电器，其中：

所述中间继电器用于接收所述跳闸信号，并发出报警信号。

进一步地，所述断路器控制模块还包括分相信号继电器和零序信号继电器，其中：

所述分相信号继电器的线圈端子与分相延时继电器的节点端子电连接，用于接收所述分相跳闸信号，并输出分相跳闸控制信号；

所述零序信号继电器的线圈端子与零序延时继电器的节点端子电连接，用于接收所述零序跳闸信号，并输出零序跳闸控制信号；

所述跳闸线圈分别与所述分相信号继电器和零序信号继电器的线圈端子电连接，用于接收所述分相跳闸控制信号和零序跳闸控制信号；

所述中间继电器分别与所述分相信号继电器和零序信号继电器的节点端子电连接，用于接收所述分相跳闸控制信号和零序跳闸控制信号，并发出报警信号。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种风电场箱式变压器的接地保护方法，所述方法包括：

利用分相式电流互感器采集箱式变压器低压侧连接电缆中的分相电流，并将所述分相电流转换为二次分相电流；

利用过流继电器采集所述二次分相电流，以及判断所述二次分相电流是否大于整定电流值；

若所述二次分相电流值大于所述整定电流值，则向断路器控制模块输出跳闸信号；

所述断路器控制模块根据所述跳闸信号控制设置在所述箱式变压器和风电机组之间的断路器跳闸。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统及方法，接地保护系统包括电流采集模块、电流分析模块和断路器控制模块。电流采集模块搭载在箱式变压器低压侧的连接电缆表面，用于获取箱式变压器低压侧的分相电流并将其转化为二次分相电流；电流分析模块与电流采集模块串联连接，用于接收二次分相电流，当二次分相电流大于电流整定值时输出跳闸信号；断路器控制模块与电流分析模块电连接，用于接收跳闸信号并控制设置在所述箱式变压器和风电机组之间的断路器跳闸。当箱式变压器低压侧的连接电缆发生接地故障时，电流采集模块获取到箱式变压器低压侧的二次分相电流；此时二次分相电流大于电流分析模块设定的电流整定值，电流分析模块输出跳闸信号；断路器控制模块接收到跳闸信号并使箱式变压器和风电机组之间的断路器跳闸。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的各模块结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的电流分析模块的交流二次回路图；

图4为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的电流分析模块的延时回路图；

图5为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的断路器模块的跳闸回路图；

图6为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的断路器模块的报警回路图；

图1-6中，具体符号为：

10-电流采集模块，11-分相式电流互感器，111-第一分相式电流互感器，112-第二分相式电流互感器，113-第三分相式电流互感器，20-电流分析模块，21-过流继电器，211-分相过流继电器，2111-第一分相过流继电器，2112-第二分相过流继电器，2113-第三分相过流继电器，212-零序过流继电器，22-延时继电器，221-分相延时继电器，222-零序延时继电器，23-电源正端开关，24-电源负端开关，30-断路器控制模块，31-跳闸线圈，32-分相信号继电器，33-零序信号继电器，34-中间继电器，4-箱式变压器，41-低压断路器，5-风电机组，51-风机并网断路器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见图1，为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的基本结构示意图。风电机组5通过连接电缆与配套的箱式变压器4电连接，连接电缆的两端分别设置一台断路器，靠近风电机组的断路器为风机并网断路器51，靠近箱式变压器低压侧的断路器为低压断路器41。风电场箱式变压器的接地保护系统搭载在连接电缆表面，接地系统包括电流采集模块10，电流分析模块20和断路器控制模块30。

参见图2，为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的各模块结构示意图。接地系统的电流采集模块10包括分相式电流互感器11，分相式电流互感器11搭载在箱式变压器4低压侧与风电机组5之间的连接电缆表面上，分相式电流互感器11可采集其所搭载的连接电缆内的分相电流信号，并将获取到的分相电流信号转换为二次分相电流信号，二次分相电流经分相式电流互感器11的二次端子输出。

电流分析模块20包括过流继电器21和延时继电器22，过流继电器21具有整定功能，当流经过流继电器21的电流值大于设定的整定值时，过流继电器21的常开节点关闭，启动延时继电器22；延时继电器22具有延时功能，延时继电器22启动后，开始延时动作，延时动作结束后，电流分析模块20输出跳闸信号。过流继电器21包括分相式过流继电器211和零序过流继电器212，延时继电器22包括分相延时继电器221和零序延时继电器222。

断路器控制模块30包括跳闸线圈31，跳闸线圈31由分相信号继电器32和零序信号继电器33控制，分相信号继电器32和零序信号继电器33还可以控制中间继电器34。当分相信号继电器32或零序信号继电器33接收到跳闸信号后，一方面跳闸线圈31启动从而控制低压断路器41和风机并网断路器51跳闸，切断风电机组5与箱式变压器4之间的连接电缆，防止设备损坏；另一方面中间继电器34启动发出报警信号，通知电缆维护人员及时查修。但本发明实施例并不限于这种结构，断路器控制模块30也可以不包括中间继电器34，电缆维护人员在例行巡检中通过观察低压断路器41和风机并网断路器51的工作状态，也能发现接地系统的故障，并及时维修。

参见图3，为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的电流分析模块的交流二次回路图。三个分相式电流互感器11：第一分相式电流互感器111、第二分相式电流互感器112和第三分相式电流互感器113分别搭载于箱式变压器4低压侧的三相连接电缆表面，用于分别获取箱式变压器4低压侧的各相的分相电流，并将分相电流转化为二次分相电流。三个分相过流继电器211：第一分相过流继电器2111、第二分相过流继电器2112和第三分相过流继电器2113分别与三个分相式电流互感器11电连接，用于接收二次分相电流并判断二次分相电流是否大于分相电流整定值。

三个分相式电流互感器11的二次端子一端并联接地，另一端分别与三个分相过流继电器211的线圈端子的一端串联连接，三个分相过流继电器211的线圈端子的另一端并联后与零序过流继电器212的线圈端子的一端电连接，零序过流继电器212的线圈端子的另一端接地。三个分相式电流互感器11分别获取连接电缆三相的二次分相电流信号，连接电缆三相的二次分相电流信号分别流经三个分相过流继电器211后汇集到零序过流继电器212,叠加为零序电流信号。

参见图4，为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的电流分析模块的延时回路图。第一分相过流继电器2111、第二分相过流继电器2112和第三分相过流继电器2113的节点端子一端并联后接入电源正端l+，另一端并联后与分相延时继电器221的线圈端子的一端电连接，分相延时继电器221的线圈端子的另一端接入电源负端l-，形成回路。零序过流继电器212节点端子的一端接入电源正端l+，另一端与零序延时继电器222的线圈端子的一端电连接，零序延时继电器线圈端子的另一端接入电源负端l-，形成回路。

当第一分相过流继电器2111接收到的二次分相电流信号大于分相电流整定值时，第一分相过流继电器2111的常开节点闭合并发出分相延时信号，分相延时继电器221接收到分相延时信号后启动分相延时动作；第二分相过流继电器2112和第三分相过流继电器2113的工作过程与第一分相过流继电器2111的相同。当零序过流继电器212接收到的零序电流信号大于零序电流整定值时，零序电流继电器212的常开节点闭合并发出零序延时信号，零序延时继电器222接收到零序延时信号后启动零序延时动作

参见图5，为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的断路器模块的跳闸回路图。分相延时继电器221节点端子的一端接入电源正端l+，另一端与分相信号继电器32线圈端子的一端电连接，分相信号继电器32线圈端子的另一端与跳闸线圈31线圈端子的一端电连接，跳闸线圈31的另一端接入电源负端l-，形成回路。零序延时继电器222节点端子的一端接入电源正端l+，另一端与零序信号继电器33线圈端子的一端电连接，零序信号继电器33线圈端子的另一端与跳闸线圈31线圈端子的一端电连接，跳闸线圈31的另一端接入电源负端l-，形成回路。

参见图6，为本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统的断路器模块的报警回路图。分相信号继电器32、零序信号继电器33节点端子的一端共同接入电源正端l+，分相信号继电器32、零序信号继电器33节点端子的另一端与中间继电器34线圈端子的一端电连接，零序信号继电器33线圈端子的另一端接入电源负端l-，形成回路。

当分相延时继电器221的延时动作结束后，分相延时继电器221的常开节点闭合并发出分相跳闸信号，分相信号继电器32接收分相跳闸信号；当零序延时继电器222的延时动作结束后，零序延时继电器222的常开节点闭合并发出零序跳闸信号，零序信号继电器33接收零序跳闸信号。当分相信号继电器32接收到分相跳闸信号或者零序信号继电器33接收到零序跳闸信号后，跳闸线圈31启动使得风机并网断路器51和低压断路器41断路，断开箱式变压器4与风带机组5之间的连接电缆。

分相信号继电器32接收到分相跳闸信号后，分相信号继电器32的常开节点闭合并发送分相跳闸控制信号；零序信号继电器33接收到零序跳闸信号后，零序信号继电器33的常开节点闭合并发送零序跳闸控制信号。中间继电器34接收到分相跳闸控制信号或者零序跳闸控制信号后，中间继电器34发出报警信号，通知电缆维护人员及时查修。

基于上述保护系统，本发明实施例还提供了一种风电场箱式变压器的接地保护方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤s110：利用分相式电流互感器采集箱式变压器低压侧连接电缆中的分相电流，并将所述分相电流转换为二次分相电流；

步骤s120：利用过流继电器采集所述二次分相电流，以及判断所述二次分相电流是否大于整定电流值；

步骤s130：若所述二次分相电流值大于所述整定电流值，则向断路器控制模块输出跳闸信号；

步骤s140：所述断路器控制模块根据所述跳闸信号控制设置在所述箱式变压器和风电机组之间的断路器跳闸。

综上所述，本发明实施例提供的一种风电场箱式变压器的接地保护系统及方法，接地保护系统包括电流采集模块10、电流分析模块20和断路器控制模块30。电流采集模块10搭载在箱式变压器4低压侧的连接电缆表面，用于获取箱式变压器4低压侧的分相电流并将其转化为二次分相电流；电流分析模块20与电流采集模块10串联连接，用于接收二次分相电流，当二次分相电流大于电流整定值时输出跳闸信号；断路器控制模块30与电流分析模块20电连接，用于接收跳闸信号并控制设置在所述箱式变压器4和风电机组5之间的断路器跳闸。当箱式变压器4低压侧的连接电缆发生接地故障时，电流采集模块10获取到箱式变压器4低压侧的二次分相电流；此时二次分相电流大于电流分析模块20设定的电流整定值，电流分析模块20输出跳闸信号；断路器控制模块30接收到跳闸信号并使箱式变压器4和风电机组5之间的断路器跳闸。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。