一种风电机组断路器的参数整定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电机组参数整定的技术方案，尤其涉及一种风电机组断路器的参数 整定方法。
【背景技术】
[0002] 风电机组不可避免的存在大量可燃润滑油脂、可燃的机舱罩和叶片等材料，在电 气火源的引燃下很可能会导致火灾，电气短路故障即是导致机组烧毁的主要原因之一。电 气火源是由于电气故障引起，则电气故障需要依靠断路器的设定参数实施保护，因而断路 器参数的设定直接影响风电机组电气系统的安全性能。
[0003]目前在风电行业发电机接入电网系统中的断路器并没有统一规范的参数整定方 法，大多是基于常规异步电机的方法进行整定，即以普通异步电机等为工作对象，在长期经 验的基础上给断路器设定整定值。但是风电机组的真实工况与此类负载有很大的差异，在 运行实践中也可以看出采用上述方式得到的整定值不能对风电机组提供完全的保护，风电 机组依然存在因电气故障而起火的风险。
[0004] 短路是电气系统最严重的故障工况，分为金属性短路和电弧短路，而在风力发电 机组中，单纯的金属性短路较难发生，通常是电弧短路或电弧短路与金属短路同时发生的 短路。通过异步电机整定得到的整定值在整定过程中并没有考虑风机电气特性以及故障 工况，因而风电机组中基于智能断路器和熔断器的保护系统来快速切断短路电流进行保护 时，如果保护系统设定值（断路器的参数设置）与风电机组短路特性不匹配导致外部电路 未能及时切断或没有相应灭弧措施的情况下，由于短路点电压足够高，电弧短路会自持，短 路产生的巨大能量使金属部件熔融或直接挥发而引燃周围的可燃物，从而导致机组起火烧 毁。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种实现方法简单、能够结合风电机组的电气特性以及故障工况进行参数整定且参数安全性 能高的风电机组断路器的参数整定方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0007] -种风电机组断路器整定值的确定方法，步骤包括：
[0008] 1)建立目标风电机组中电气系统的等值模型以及发电机的等值模型；
[0009] 2)根据建立的所述电气系统的等值模型、发电机的等值模型进行短路计算，获取 得到风电机组在短路故障时的故障电流范围；分别计算风电机组中各部件在短路故障时对 故障电流的耐受时间，获取得到风电机组对故障电流的耐受能力；
[0010] 3)根据获取得到的故障电流范围、耐受能力确定待整定断路器中电流以及动作时 间的整定值，通过所述整定值使得风电机组中电流在超出所述故障电流范围时，待整定断 路器在所述耐受能力内动作以切断电路。
[0011] 作为本发明的进一步改进：所述步骤1)中电气系统的等值模型为变压器等值模 型、风电场集电线路等值模型、以及箱式变压器到机舱之间的电缆等值模型所组合构成的 模型。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述步骤2)中获取得到风电机组在短路故障时的故 障电流范围的具体步骤为：计算所述电气系统的等值模型、发电机的等值模型在短路故障 时的短路电流，由发电机的转速、所述发电机的等值模型中crowbar电阻的不同取值计算 短路电流，获取得到风电机组在故障时的故障电流范围。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述步骤3)中获取得到风电机组对故障电流的耐受 能力的具体步骤为：分别计算发电机、变流器、变压器在短路故障时对故障电流的耐受时 间，取计算得到的各耐受时间中最小耐受时间作为风电机组对故障电流的耐受能力。
[0014] 作为本发明的进一步改进：所述步骤3)中确定待整定断路器中电流以及动作时 间的整定值的具体步骤为：获取待整定断路器中电流、动作时间分别与风电机组的故障电 流、耐受时间的关系，根据获取得到的所述关系以及所述步骤2)获取得到的故障电流范 围、耐受能力确定待整定断路器中电流、动作时间的整定值。
[0015] 作为本发明的进一步改进：所述步骤3)后还包括与实际运行参数进行校核的步 骤。
[0016] 作为本发明的进一步改进：所述待整定断路器为2段保护断路器时，所述过载长 延时保护中电流整定值的取值范围为1400~2500A、动作时间整定值的取值范围为1~ 60s，以及所述瞬断/速断保护中电流整定值的取值范围为3000~15000A。
[0017] 作为本发明的进一步改进：所述待整定断路器为3段式保护断路器时，所述过 载长延时保护中电流整定值的取值范围为1400~2500A、动作时间整定值的取值范围为 l-60s，所述短路短延时保护中电流整定值的取值范围为1400~7000A、动作时间整定值 的取值范围为〇. 1-0. 4s，以及所述瞬断/速断保护中电流整定值的取值范围为3000~ 15000A〇
[0018] 作为本发明的进一步改进：所述待整定断路器为4段式保护断路器时，所述过载 长延时保护中电流整定值的取值范围为1400~2500Α、动作时间整定值的取值范围为1~ 60s，所述短路短延时保护中电流整定值的取值范围为1400~7000Α、动作时间整定值的取 值范围为〇. 1~〇. 4s，所述瞬断/速断保护中电流整定值的取值范围为3000~15000Α，以 及所述接地保护中电流整定值的取值范围为200~2000A、动作时间整定值的取值范围为 0. 1 ~0. 4s。
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0020] 1)本发明风电机组断路器的参数整定方法，在分析风电机组短路特性的基础上， 结合风电机组的电气特性以及故障工况对风电机组中断路器进行参数整定，通过对电气系 统、发电机的等值模型进行短路计算以及故障电流的耐受时间分析，可以得到风电机组的 电气安全边界，再基于得到的电气安全边界确定断路器的参数整定值，从而使得断路器的 整定值与风电机组电气特性相匹配，当发生危险的电气故障时，断路器能及时在各部件耐 受的安全时间内动作以切断电路，断路器整定参数的安全性能高；
[0021] 2)本发明风电机组断路器的参数整定方法，基于电气安全边界确定断路器的参数 整定值时，使得断路器的电气范围在安全边界以内，因而在安全边界内断路器不动作，当超 出安全边界时，断路器可以在安全的时间内切断电路，保证风电机组的电气安全；
[0022] 3)本发明风电机组断路器的参数整定方法，进一步通过断路器的电流、动作时间 与风电机组的故障电流、耐受时间的关系来确定整定值，使得在安全电气范围内结合断路 器的保护特性得到准确、可靠的整定值，进一步提高整定值的安全性能；
[0023] 4)本发明参数整定方法进一步针对2段、3段、4段保护的断路器得到一组整定参 数值，该组整定参数值充分考虑了风电机组的短路电气特性以及断路器的保护特性，因而 在风电机组发生故障时能够实现及时、快速的保护，最大限度的降低电气故障、减少风机电 气起火的发生。
【附图说明】
[0024] 图1是本实施例风电机组断路器的参数整定方法的实现流程示意图。
[0025] 图2是本实施例建立的电气系统的等值模型结构示意图。
[0026] 图3是本实施例建立的发电机的等值模型结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
[0028] 如图1所示，一种风电机组断路器的参数整定方法，步骤包括：
[0029] 1)建立目标风电机组中电气系统的等值模型以及发电机的等值模型；
[0030] 2)根据建立的电气系统的等值模型、发电机的等值模型进行短路计算，获取得到 风电机组在短路故障时的故障电流范围；分别计算风电机组中各部件在短路故障时对故障 电流的耐受时间，获取得到风电机组对故障电流的耐受能力；
[0031] 3)根据获取得到的故障电流范围、耐受能力确定待整定断路器中电流以及动作时 间的整定值，通过整定值使得风电机组中电流在超出故障电流范围时，待整定断路器在耐 受能力内动作以切断电路。
[0032] 本实施例在分析风电机组短路特性的基础上，结合风电机组的电气特性以及故障 工况对风电机组中断路器进行参数整定，通过对电气系统、发电机的等值模型进行短路计 算以及故障电流的耐受时间分析，可以得到风电机组的电气安全边界，再基于得到的电气 安全边界确定断路器的参数整定值，从而使得断路器的整定值与风电机组电气特性相匹 配，当发生危险的电气故障时，断路器能及时在各部件耐受的安全时间内动作以切断电路， 断路器整定参数的安全性能高。
[0033] 本实施例基于电气安全边界确定断路器的参数整定值时，使得断路器的电气范围 在安全边界以内，因而在安全边界内断路器不动作，当超出安全边界时，断路器可以在安全 的时间内切断电路，保证风电机组的电气安全。
[0034] 本实施例首先通过对风电机组实际运行数据的分析，得到风机正常工作的电气范 围；然后通过对建立的电气系统的等值模型、发电机的等值模型进行短路计算，得到风机的 电气边界；再由各部件的耐受时间得到风电机组的耐受能力，即风机最小的耐受时间安全 边界，具体可基于短路危害与持续时间的分析计算得到。
[0035] 如图2所示，本实施例步骤1)中电气系统的等值模型为变压器等值模型、风电场 集电线路等值模型、以及箱式变压器到机舱之间的电缆等值模型所组合构成的模型，按照 电路原理将各等值模型组合即得到风电机组的电气系统等值模型。如图3所示为本实施例 所建立的发电机等值模型，其中将crowbar电阻、转子阻抗以及转子漏感抗折算到定子侧。
[0036] 本实施例中，步骤2)中获取得到风电机组在短路故障时的故障电流范围的具体 步骤为：计算电气系统的等值模型、发电机的等值模型在短路故障时的短路电流，由发电机 的转速、发电机的等值模型中crowbar电阻的不同取值计算短路电流，获取得到风电机组 在故障时的故障电流范围。由于发电机转速、crowbar电阻取值可不同，因而可以得到故障 的短路电流范围。本实施例结合风电机组电气系统具体的空间布局，在短路分析计算的基 础上进行危害分析计算、安全电气保护区域划分，从而对风