一种风电场电缆合闸过电压的防护方法技术

本发明专利技术涉及一种风电场电缆合闸过电压的防护方法，属于电力系统过电压技术领域。本发明专利技术依据风电场电力大量使用电力电缆和真空断路器的特性和合闸过电压的基本原理，建立了基于PSCAD的风电场电力电缆过电压的仿真模型，提出了在电力电缆末端加装RC吸收器的防护措施。采用本发明专利技术进行大型风电场电气设备过电压的相关研究，能够加强电气设备的绝缘配合，提高风电场电气设备过电压防护水平。

【技术实现步骤摘要】

，属于电力系统过电压

技术介绍
近年来，海上风电场发展的规模越来越大，随着大规模风电场接入电网，增加了电网稳定运行的潜在风险为了保证风电场可靠运行，研宄风电场过电压对绝缘设备的影响是十分重要的。风电场过电压现象引起的绝缘事故已成风电场运行中较为突出的问题之一，近年来，在中国连续发生了几起由于风电场高压电缆故障引起的风机脱网事故。造成风电场过电压事故的原因是多样，但合闸过电压被认为是引起绝缘事故的重要原因。风电场断路器开合闸频繁，会产生合闸过电压，电缆以及其他设备长期处于过电压的影响下，由于其造成的累积效应可能会对设备绝缘强度造成影响。针对风电场中电力电缆遭受合闸暂态过电压的问题，尤其处于馈线末端的电缆部分遭受的过电压的幅值较大，在一些情况下超过了 2倍电压幅值，有必要采用一些防护措施来降低过电压对变压器以及其他元件的危害。暂态过电压的防护基本上可以分为两类，一类是主动防护，另一类是被动防护。暂态过电压对风电场电力电缆的影响主要是过电压的幅值。因此，降低电缆末端的暂态过电压，采取必要的防护是十分必要的。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于建立一种分析风电场电力电缆因合闸引起的过电压的仿真模型，旨在获得风电场电力电缆遭受合闸过电压幅值及其出现位置，采取相应的防护措施，确保设备的安全运行。本实现本专利技术的技术方案，包括以下步骤I)采用PSCAD/EMTDC电力系统电磁暂态仿真软件，针对其风电机组以链式拓扑结构连接的平行布局风电场，建立以整个风电场电气系统为研宄对象的详细仿真模型；2)确定电气系统元件中电缆元件参数计算方法，在仿真系统中设置各元件的参数，模拟具有N台风电机组链接拓扑链接方式的大型风电场运行情况；3)仿真分析断路器合闸引起电力电缆馈线不同位置的过电压波形及其幅值，获取过电压幅值极大点；4)在电力电缆馈线出现极值位置设置RC阻容吸收器。进一步讲，所述步骤I)中的仿真模型包括外部电网、集电变压器、机端变压器、电缆、断路器、风机。进一步讲，步骤2)电气系统元件中电缆参数计算方法，电缆的导体是由一系列细铜线绞合成圆柱状，然后半导体屏蔽层覆盖在导体束上使其平坦，流过高频电流的时就相当于导体变粗，通常把半导体屏蔽层的厚度加到导体直径上得到电缆的外径的参数C1,选择合适的导体外径对高频电缆模型的电阻和电感至关重要，其值为电缆导体半径Rc加上半导体的厚度RsC1=RfRs半导体屏蔽层的厚度民计算公式为如下:Rs= R1-T11\是绝缘的厚度。进一步讲，步骤3)设置风电场不同运行状态，并在不同运行状态下仿真分析断路器合闸引起电力电缆馈线不同位置的过电压波形及其幅值，获取过电压幅值极大点。进一步讲，中还包括步骤5)；步骤5)设置RC阻容吸收器后，二次分析断路器合闸引起电力电缆馈线不同位置的过电压波形及其幅值，获取过电压幅值极大点，如果电压幅值极大点不满足要求，重新设置元件参数，并重复步骤3)、4)，至电压幅值极大点满足要求。本专利技术由于采用以上技术方案，具有以下优点:(1)通过对实际风电场电力电缆过电压的仿真，确定电力电缆绝缘薄弱环节，有利于配置相应的防护设备，确保电力电缆的安全运行(2)本专利技术通过RC阻容吸收器参数优化，配置合适的装置，能确保电力电缆安全运行的前提下，节省设备投资成本。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明:图1风电场机组布局的拓扑结构图。图2基于PSCAD/EMTDC的风电场电缆过电压模型。图3为PSCAD/EMTDC中的电缆模型及参数。图4为无馈线运行情况下馈线A末端A相电压。图5为R-C保护装置安装位置。图6为R-C装置参数为20 Ω -83nF)的馈线末端波形。图7为R-C装置参数为20 Ω-130nF)的馈线末端波形。图8为本专利技术优选方案的逻辑框图。【具体实施方式】为使本专利技术的技术方案及优点更加清晰，下面结合附图和实例对本专利技术进行详细说明I)大规模风电场风电机组链式拓扑结构的电气系统建模采用PSCAD/EMTDC电力系统电磁暂态仿真软件，目前常见的大型风电场中风机的布局为平行布局，其风电机组的链接方式采用链式的拓扑结构，如图1所示。系统由48X1.25MW风机组成，研宄风机平行布局情况下，风机的排布在8条馈线上面，每条馈线有6台风机，各条馈线上的过电压情况。针对由这种布局的风电场，本专利技术建立风电场的仿真模型，仿真模型的元件包括外部电网，集电变压器，机端变压器，电缆，以及断路器，风机等。所有仿真模型中的元件均采用PSCAD/EMTDC自带的模型，其中外部电网采用IlOkV电压源代替，集电变压器采用33kV/110kV三相双绕组变压器；考虑到电磁暂态的影响，机端变压器采用690v/33kV的UMEC变压器模型；本文的电缆采用PSCAD中的基于J.Marti提出的考虑频率特性的频率相关(相位)线路模型。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立风电场合闸过电压的仿真模型如图2所示。2):确定电气系统元件参数计算方法，计算风电场电气系统元件参数；电缆参数的设置是仿真风电场暂态过电压的关键，该专利技术中，PSCAD中的电缆参数的计算基于用户所采用的电缆的几何参数和材料特性，在PSCAD中绝缘电缆结构如图3所示，实际的电缆几何结构要比软件中参数复杂，因为实际电缆中带有半导体屏蔽层，本专利技术把半导体屏蔽层的厚度加到导体直径上，其值为电缆导体半径R。加上半导体的厚度RsC1=RfRs半导体屏蔽层的厚度民计算公式为如下:Rs= R1-T11\是绝缘的厚度。优选的，选用三铁芯柱双绕组变压器，其容量为3MVA，变比110kV/33kV，绕组接线方式采用DdO，等效漏感标幺值为0.1o3)仿真分析合闸引起电力电缆馈线不同位置的过电压波形及其幅值；影响合闸过电压的因素有很多，如合闸时电源电压的相位、线路的电气参数(馈线电缆长度、已运行馈线数量)等等。本文在风电场无运行馈线的情况下进行一条馈线的合闸，合闸时刻A相电压达到最大。合闸馈线A上机端变压器过电压的波形如图4所示。图4中El至E6分别表示馈线A首段至末当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场电缆合闸过电压的防护方法,其特征是：所述方法包括以下步骤1)采用PSCAD/EMTDC电力系统电磁暂态仿真软件，针对其风电机组以链式拓扑结构连接的平行布局风电场，建立以整个风电场电气系统为研究对象的详细仿真模型；2)确定电气系统元件中电缆元件参数计算方法，在仿真系统中设置各元件的参数，模拟具有N台风电机组链接拓扑链接方式的大型风电场运行情况；3)仿真分析断路器合闸引起电力电缆馈线不同位置的过电压波形及其幅值，获取过电压幅值极大点；4)在电力电缆馈线出现极值位置设置RC阻容吸收器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚祖春，黄悦华，姚卫星，李晓明，高鹏飞，胡汉梅，汪元龙，刘世华，张涛，江晨，董燕华，王静，
申请(专利权)人：葛洲坝集团电力有限责任公司，三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42