一种风机并网回路多变量监测与保护系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种风机并网回路多变量监测与保护系统及方法，监测与保护系统包括主变压器、箱变主断路器、并网接触器、综保模块、防冲击LVRT单元、轮捕能侧并行测速装置、风轮捕能侧保护装置、安全链、智能分析保护系统；主变压器和箱变主断路器位于箱式变电站内，外部电网通过电线与主变压器连接，主变压器与箱变主断路器连接，箱变主断路器与并网接触器连接，并网接触器与风力发电机机舱内的发电机连接；综保模块和防冲击LVRT单元分别与并网接触器连接，综保模块还与安全链连接；本申请结合机械传动和电气控制两个环节，形成机组运行状态的多层监测保护机制，全面保障机组安全运行，避免因超速或电气元件故障造成的机组起火事故发生。

【技术实现步骤摘要】
一种风机并网回路多变量监测与保护系统及方法
本专利技术涉及风电
，具体地讲，涉及一种风机并网回路多变量监测与保护系统及方法。
技术介绍
电压穿越(LVRT)是指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。风电场大多地处偏远地区，交通闭塞。加之大型并网风电机组均为户外高空作业设备。一旦发生火灾，扑救难度大，一旦发生就造成极大的直接损失，且外部救援的可能性极低。其中，双馈风力发电机组因其组成设备数目多、结构复杂紧凑，故火灾问题尤其突出。从火灾类型上，风电机组在设计、制造过程中涉及润滑油脂、液压油、电气设备、电线电缆、叶片、机舱罩及其保温层等多种材料，可燃物类型较多。所以，机组火灾类型复杂，可分为电气火灾、固体火灾和液体火灾。机组火灾原因有二，一是因叶轮旋转超速造成主轴轴承及齿轮箱油脂油液超温起火，二是因发电机控制设备损坏造成的并网起火。例如授权公告号为CN105162084B的专利：一种风电机组实现电气安全保护的方法，该专利通过目标熔断器执行风电机组中高压侧的短路保护以及低压侧的后备保护，具有实现方法简单、电气安全设备保护特性与风电机组电气故障特性相匹配、能够实现链式保护且电气安全性能高的优点，但是没有对风电机组机械传动方进行监测保护，机组的安全运行得不到全面的保护。目前国内外主要的风机火灾问题主要有以下缺点：（1）缺少针对风机起火的根本原因及其相应应急措施的针对性研究和解决方案；（2）缺少从机组捕能和电气控制两个方面，提取具体的故障特征参数对风电机组进行实时监测；（3）所需成本较高，用途单一，普适性较差。因此，有必要设计一种功能完善、系统全面的风机并网回路多变量监测与保护系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、系统完善的风机并网回路多变量监测与保护系统，应用该系统对并网回路进行预测诊断和危险情况下进行动作保护，并配套智能消防系统，应用于风电机组，保证机组安全运行，避免机组因超速或并网开关问题引起的火灾事故。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种风机并网回路多变量监测与保护系统，其特征在于：包括主变压器、箱变主断路器、并网接触器、综保模块、防冲击LVRT单元、轮捕能侧并行测速装置、风轮捕能侧保护装置、安全链、智能分析保护系统；所述主变压器和箱变主断路器位于箱式变电站内，外部电网通过电线与主变压器连接，所述主变压器与箱变主断路器连接，所述箱变主断路器与并网接触器连接，所述并网接触器与风力发电机机舱内的发电机连接；所述综保模块和防冲击LVRT单元分别与并网接触器连接，所述综保模块还与安全链连接；所述综保模块用于根据并网接触器的特性参数、选择动作对象及动作速度，通过与箱变主断路器的配合，根据实时分断电流和故障状态，对并网接触器或箱变主断路器进行分断，避免大电流带载工况下使用并网接触器脱网损坏相关器件；所述防冲击LVRT单元具有断路器的功能，用防冲击LVRT单元模拟断路器的功能，同时在不改变外部配电和备用电源容量的条件下解决并网接触器的低穿问题；并网接触器原本安装有断路器，本申请中将并网接触器中的断路器拆掉，利用防冲击LVRT单元替代断路器的功能。所述轮捕能侧并行测速装置安装在风力发电机的轮毂位置，其用于对风力发电机的风轮转速变化进行实时监测，轮捕能侧并行测速装置与智能分析保护系统通信连接，当轮捕能侧并行测速装置监测到的风轮转速超过额定转速时，智能分析保护系统在风轮捕风侧直接控制安全链，跳过滑环通讯环节，使机组及时脱网停机；所述风轮捕能侧保护装置安装在风力发电机的机舱位置处，风轮捕能侧保护装置与智能分析保护系统通信连接，风轮捕能侧保护装置用于在电气控制侧元件损害造成无法脱网的情况下以及当机组处于超速阶段时，向智能分析保护系统发出系统异常信号，防止机组超速事故发生；所述智能分析保护系统用于对发电场单台机组发生的过电压、低电压、不平衡、频率异常、功率异常、谐波、短路以及超速问题进行监测、记录、分析和系统保护，同时能为设备的问题查找、后续优化提供数据和理论支撑。优选的，该风机并网回路多变量监测与保护系统还包括智能自动消防装置，所述智能自动消防装置安装在并网接触器一侧旁，其外接气溶胶灭火装置；智能自动消防装置用于进行气体/烟雾探测、温度探测和火焰探测；所述智能自动消防装置与智能分析保护系统通信连接，配合智能分析保护系统进行逻辑判定故障、预警和火警；智能自动消防装置配合智能分析保护系统动作，进行定点消除起火点；当智能分析保护系统确认发生大电流放电状态时，智能分析保护系统向智能自动消防装置发出确认保护需求信号，智能分析保护系统立刻对箱变主断路器进行分断，并且智能自动消防装置进行自动消防灭火。优选的，所述轮捕能侧并行测速装置包括接近开关、信号隔离器、PLC控制器和陀螺仪；所述接近开关设置若干个，若干个接近开关通过信号隔离器与PLC控制器连接，所述陀螺仪安装在风力发电机的轮毂的六角柜外，陀螺仪与PLC控制器连接，所述PLC控制器还与安全链通信连接。优选的，所述风轮捕能侧保护装置包括撞铁，所述撞铁安装在风力发电机的机舱上。优选的，该风机并网回路多变量监测与保护系统还包括系统冗余保护单元，所述系统冗余保护单元分别与智能分析保护系统、并网接触器和安全链通信连接；所述系统冗余保护单元用于当机组出现超速情况时，通过判断分断电流和风轮转速，分别控制并网接触器和安全链，使机组及时脱网卸载，保证设备完全。优选的，该风机并网回路多变量监测与保护系统还包括远程状态监测系统，所述远程状态监测系统分别与综保模块、防冲击LVRT单元、轮捕能侧并行测速装置、风轮捕能侧保护装置、安全链和智能分析保护系统通信连接；所述远程状态监测系统用于支持监测人员的远程实时波形记录及特征量计算、系统问题警示和后备保护、常规并网特性分析、故障过程暂态及稳态分析、整场发电设备相关性分析、发电场故障分析和定位、机组超速记录操作。本专利技术还提供了一种风机并网回路多变量监测与保护方法，采用上述的风机并网回路多变量监测与保护系统进行实施，其特征在于：风机并网回路多变量监测与保护方法采用电气控制保护机制方法与机械传动保护机制方法相结合；电气控制保护机制方法为：首先，利用综保模块根据并网接触器的特性参数、选择动作对象及动作速度，通过和箱变主断路器的配合，根据实时分断电流和故障状态，对并网接触器或箱变主断路器进行分断，避免大电流带载工况下使用并网接触器脱网损坏相关器件的风险；其次，利用防冲击LVRT单元模拟原断路器的功能，同时在不改变外部配电和备用电源容量的条件下解决并网接触器低穿问题；再次，智能分析保护系统能够对发电场单台机组发生的过电压、低电压、不平衡、频率异常、功率异常、谐波、短路以及超速问题进行监测、记录、分析和系统保护，同时能为设备的问题查找、后续优化提供数据和理论支撑；智能分析保护系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风机并网回路多变量监测与保护系统，其特征在于：包括主变压器（1）、箱变主断路器（2）、并网接触器（3）、综保模块（4）、防冲击LVRT单元（5）、轮捕能侧并行测速装置、风轮捕能侧保护装置、安全链（6）和智能分析保护系统；/n所述主变压器（1）和箱变主断路器（2）位于箱式变电站内，外部电网通过电线与主变压器（1）连接，所述主变压器（1）与箱变主断路器（2）连接，所述箱变主断路器（2）与并网接触器（3）连接，所述并网接触器（3）与风力发电机机舱内的发电机（12）连接；所述综保模块（4）和防冲击LVRT单元（5）分别与并网接触器（3）连接，所述综保模块（4）还与安全链（6）连接；/n所述综保模块（4）用于根据并网接触器（3）的特性参数、选择动作对象及动作速度，通过与箱变主断路器（2）的配合，根据实时分断电流和故障状态，对并网接触器（3）或箱变主断路器（2）进行分断，避免大电流带载工况下使用并网接触器（3）脱网损坏相关器件；/n所述防冲击LVRT单元（5）具有断路器的功能，用防冲击LVRT单元（5）来模拟断路器的功能，同时在不改变外部配电和备用电源容量的条件下解决并网接触器（3）的低穿问题；/n所述轮捕能侧并行测速装置安装在风力发电机的轮毂位置，其用于对风力发电机的风轮转速变化进行实时监测，轮捕能侧并行测速装置与智能分析保护系统通信连接，当轮捕能侧并行测速装置监测到的风轮转速超过额定转速时，智能分析保护系统在风轮捕风侧直接控制安全链，跳过滑环通讯环节，使机组及时脱网停机；/n所述风轮捕能侧保护装置安装在风力发电机的机舱位置处，风轮捕能侧保护装置与智能分析保护系统通信连接，风轮捕能侧保护装置用于在电气控制侧元件损害造成无法脱网的情况下以及当机组处于超速阶段时，向智能分析保护系统发出系统异常信号，防止机组超速事故发生；/n所述智能分析保护系统用于对发电场单台机组发生的过电压、低电压、不平衡、频率异常、功率异常、谐波、短路以及超速问题进行监测、记录、分析和系统保护，同时能为设备的问题查找、后续优化提供数据和理论支撑。/n...

【技术特征摘要】
1.一种风机并网回路多变量监测与保护系统，其特征在于：包括主变压器（1）、箱变主断路器（2）、并网接触器（3）、综保模块（4）、防冲击LVRT单元（5）、轮捕能侧并行测速装置、风轮捕能侧保护装置、安全链（6）和智能分析保护系统；
所述主变压器（1）和箱变主断路器（2）位于箱式变电站内，外部电网通过电线与主变压器（1）连接，所述主变压器（1）与箱变主断路器（2）连接，所述箱变主断路器（2）与并网接触器（3）连接，所述并网接触器（3）与风力发电机机舱内的发电机（12）连接；所述综保模块（4）和防冲击LVRT单元（5）分别与并网接触器（3）连接，所述综保模块（4）还与安全链（6）连接；
所述综保模块（4）用于根据并网接触器（3）的特性参数、选择动作对象及动作速度，通过与箱变主断路器（2）的配合，根据实时分断电流和故障状态，对并网接触器（3）或箱变主断路器（2）进行分断，避免大电流带载工况下使用并网接触器（3）脱网损坏相关器件；
所述防冲击LVRT单元（5）具有断路器的功能，用防冲击LVRT单元（5）来模拟断路器的功能，同时在不改变外部配电和备用电源容量的条件下解决并网接触器（3）的低穿问题；
所述轮捕能侧并行测速装置安装在风力发电机的轮毂位置，其用于对风力发电机的风轮转速变化进行实时监测，轮捕能侧并行测速装置与智能分析保护系统通信连接，当轮捕能侧并行测速装置监测到的风轮转速超过额定转速时，智能分析保护系统在风轮捕风侧直接控制安全链，跳过滑环通讯环节，使机组及时脱网停机；
所述风轮捕能侧保护装置安装在风力发电机的机舱位置处，风轮捕能侧保护装置与智能分析保护系统通信连接，风轮捕能侧保护装置用于在电气控制侧元件损害造成无法脱网的情况下以及当机组处于超速阶段时，向智能分析保护系统发出系统异常信号，防止机组超速事故发生；
所述智能分析保护系统用于对发电场单台机组发生的过电压、低电压、不平衡、频率异常、功率异常、谐波、短路以及超速问题进行监测、记录、分析和系统保护，同时能为设备的问题查找、后续优化提供数据和理论支撑。


2.根据权利要求1所述的风机并网回路多变量监测与保护系统，其特征在于：该风机并网回路多变量监测与保护系统还包括智能自动消防装置，所述智能自动消防装置安装在并网接触器（3）一侧旁，其外接气溶胶灭火装置；智能自动消防装置用于进行气体/烟雾探测、温度探测和火焰探测；所述智能自动消防装置与智能分析保护系统通信连接，配合智能分析保护系统进行逻辑判定故障、预警和火警；智能自动消防装置配合智能分析保护系统动作，进行定点消除起火点；当智能分析保护系统确认发生大电流放电状态时，智能分析保护系统向智能自动消防装置发出确认保护需求信号，智能分析保护系统立刻对箱变主断路器（2）进行分断，并且智能自动消防装置进行自动消防灭火。


3.根据权利要求1所述的风机并网回路多变量监测与保护系统，其特征在于：所述轮捕能侧并行测速装置包括接近开关（7）、信号隔离器（8）、PLC控制器（9）和陀螺仪（10）；所述接近开关（7）设置若干个，若干个接近开关（7）通过信号隔离器（8）与PLC控制器（9）连接，所述陀螺仪（10）安装在风力发电机的轮毂的六角柜外，陀螺仪（10）与PLC控制器（9）连接，所述PLC控制器（9）还与安全链（6）通信连接。


4.根据权利要求1所述的风机并网回路多变量监测与保护系统，其特征在于：所述风轮捕能侧保护装置包括撞铁（11），所述撞铁（11）安装在风力发电机的机舱上。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘保松，张伟，张乐平，王安民，张士龙，张勇铭，吕渤林，马敢动，许新瑞，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33