一种海上风电断路器保护系统及方法与流程

本发明属于海上风电，涉及一种海上风电断路器保护系统及方法。

背景技术：

1、我国海岸线悠长，具备丰富的海上风能资源。

2、近海区域海上风电场通常由110kv或220kv海底电缆把几百兆瓦的电力输送到陆上站后并入大电网，不仅电压等级高而且输送容量大，因此海底电缆能否安全稳定运行已经成为了海上风电场安全、可靠和经济运行的关键。近年来渔业、运输船只过往频繁，海底电缆故障频发，经常有海上风电场报出海底电缆故障造成的风电场跳闸事故，计及维修和电量损失费用，单次海缆故障可达5000万元以上。

3、目前，近海区域海上风电并网系统如图1所示，包括电网，陆上侧保护断路器，海底电缆，海上侧保护断路器，主变，海上风电机组。海上风电机组把风能转化为电能，经过集电线路接入海上升压站主变及海上侧保护断路器，通过海底电缆送到陆上开关站陆上侧保护断路器后并入电网。

4、海上风电场海底电缆发生锚害接地故障后，可能会造成通过海上侧保护断路器的短路电流直流分量过高和过零延迟，造成保护断路器不能正常分断，致使保护断路器灭弧触头烧蚀，短路电流中含有的直流分量越多，过零延迟时间越长。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种海上风电断路器保护系统及方法，该系统及方法能够有效解决海底电缆发生故障后，短路电流中含有的直流分量越多，过零延迟时间长，损坏海上侧保护断路器的问题。

2、为达到上述目的，本发明所述的海上风电断路器保护系统包括海上风电并网发电系统、接地断路器、接地阻抗及控制和保护装置；

3、其中，所述海上风电并网发电系统包括电网、陆上侧保护断路器、海底电缆、海上侧保护断路器、主变及海上风电机组，其中，电网经陆上侧保护断路器、海底电缆、海上侧保护断路器及主变与海上风电机组相连接；

4、接地断路器的一端与海底电缆和海上侧保护断路器之间的线路相连接，接地断路器的另一端经接地阻抗后接地；控制和保护装置与海上侧保护断路器及接地断路器相连接。

5、所述控制和保护装置包括信号采集单元、数据处理单元、指令输出单元以及用于提供电能的电源单元，其中，信号采集单元、数据处理单元及指令输出单元依次连接，指令输出单元与海上侧保护断路器及接地断路器相连接。

6、信号采集单元用于采集海上侧保护断路器处的电压、电流信号以及其分合闸状态信号，同时采集接地断路器处的电流信号以及其分合闸状态信号；

7、数据处理单元用于根据海上侧保护断路器处的电压、电流信号进行分析判断，以判断海上侧保护断路器处的电流超出海上侧保护断路器的分断能力，再根据分析判断结果生成控制信号；

8、指令输出单元用于将所述控制信号发送至海上侧保护断路器及接地断路器。

9、所述控制和保护装置还包括监控信息输出单元；

10、所述监控信息输出单元用于将数据处理单元的分析判断结果以及接地断路器和海上侧保护断路器的分合闸状态信号以及接地断路器处的电流信号发送至外界后台监控系统。

11、本发明所述的海上风电断路器保护方法包括以下步骤：

12、控制和保护装置采集海上侧保护断路器处的电压、电流信号，并根据采集海上侧保护断路器处的电压、电流信号判断海上侧保护断路器的电流是否超过海上侧保护断路器的分断能力，当超过海上侧保护断路器的分断能力时，则闭合接地断路器，再断开海上侧保护断路器。

13、检测通过断路器的直流分量和过零延迟时间，以自动分析判断是否超出海上侧保护断路器的开断能力。

14、本发明具有以下有益效果：

15、本发明所述的海上风电断路器保护系统及方法在具体操作时，检测通过海上侧保护断路器的直流分量和过零延迟时间，自动分析判断海上侧保护断路器的开断能力，检测直流分量过大和过零延迟时间过长，使得海上侧保护断路器无法正常开断时，则控制接地断路器合闸，改变故障回路并限制短路电流大小实现海上侧保护断路器的正常分断，避免海底电缆发生故障后，短路电流中含有的直流分量越多，过零延迟时间长，损坏海上侧保护断路器的问题。

技术特征：

1.一种海上风电断路器保护系统，其特征在于，包括海上风电并网发电系统、接地断路器(qf3)、接地阻抗(rjd)及控制和保护装置；

2.根据权利要求1所述的海上风电断路器保护系统，其特征在于，所述控制和保护装置包括信号采集单元、数据处理单元、指令输出单元以及用于提供电能的电源单元，其中，信号采集单元、数据处理单元及指令输出单元依次连接，指令输出单元与海上侧保护断路器(qf2)及接地断路器(qf3)相连接。

3.根据权利要求1所述的海上风电断路器保护系统，其特征在于，信号采集单元用于采集海上侧保护断路器(qf2)处的电压、电流信号以及其分合闸状态信号，同时采集接地断路器(qf3)处的电流信号以及其分合闸状态信号。

4.根据权利要求1所述的海上风电断路器保护系统，其特征在于，数据处理单元用于根据海上侧保护断路器(qf2)处的电压、电流信号进行分析判断，以判断海上侧保护断路器(qf2)处的电流超出海上侧保护断路器(qf2)的分断能力，再根据分析判断结果生成控制信号。

5.根据权利要求1所述的海上风电断路器保护系统，其特征在于，指令输出单元用于将所述控制信号发送至海上侧保护断路器(qf2)及接地断路器(qf3)。

6.根据权利要求1所述的海上风电断路器保护系统，其特征在于，所述控制和保护装置还包括监控信息输出单元；

7.一种海上风电断路器保护方法，其特征在于，基于权利要求1所述的海上风电断路器保护系统，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的海上风电断路器保护方法，其特征在于，检测通过断路器(qf2)的直流分量和过零延迟时间，以自动分析判断是否超出海上侧保护断路器(qf2)的开断能力。

技术总结
本发明公开了一种海上风电断路器保护系统及方法，包括海上风电并网发电系统、接地断路器、接地阻抗及控制和保护装置；其中，所述海上风电并网发电系统包括电网、陆上侧保护断路器、海底电缆、海上侧保护断路器、主变及海上风电机组，其中，电网经陆上侧保护断路器、海底电缆、海上侧保护断路器及主变与海上风电机组相连接；接地断路器的一端与海底电缆和海上侧保护断路器之间的线路相连接，接地断路器的另一端经接地阻抗后接地；控制和保护装置与海上侧保护断路器及接地断路器相连接，该系统及方法能够有效解决海底电缆发生故障后，短路电流中含有的直流分量越多，过零延迟时间长，损坏海上侧保护断路器的问题。

技术研发人员：宋江保,李佳东,李铭志,赵勇,王团结,谢小军,王新,李阳,李志全
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13