一种海上风电断路器短路电流快速过零系统及方法与流程

本发明属于海上风电，涉及一种海上风电断路器短路电流快速过零系统及方法。

背景技术：

1、我国海岸线悠长，具备丰富的海上风能资源，相关报告显示海上风电装机容量可达3009gw，我国在沿海地区规划大批海上风电基地。

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。海上风力发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，为此，提出了一种海上风电断路器短路电流快速过零系统及方法，通过增加接地电阻，改变回路的时间常数，实现故障回路直流分量的快速衰减，保障海上侧保护断路器的正常分断。

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短路电流快速过零系统及方法，该系统及方法能够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短路电流快速过零系统包括电网、陆上侧保护断路器、海底电缆、海上侧保护断路器、主变、海上风电机组、旁路开关、接地阻抗及控制和保护装置；

3、其中，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依次相连接；

4、旁路开关的一端及接地阻抗的一端与主变的高压侧中性点相连接，旁路开关的另一端及接地阻抗的另一端接地；

5、控制和保护装置与海上侧保护断路器及旁路开关相连接。

6、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，信号采集单元与海上侧保护断路器及旁路开关相连接，数据处理单元与信号采集单元相连接，数据处理单元经指令输出单元与旁路开关相连接。

7、还包括监控信息输出单元，其中，数据处理单元经监控信息输出单元与外界的后台监控系统相连接。

8、本发明所述的海上风电断路器短路电流快速过零方法包括以下步骤：

9、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，根据海上侧保护断路器处的电压、电流信号判断当前海上侧保护断路器处的电流是否超过海上侧保护断路器的分断能力；当超过分断能力的分断能力时，则断开旁路开关，接入海上风电机组。

10、当海底电缆发生接地故障时，退出旁路开关，自动投入接地阻抗，增加回路的电阻，改变回路的时间常数，实现故障回路直流分量的衰减，保障海上侧保护断路器的正常分断。

11、还包括：

12、控制和保护装置采集海上侧保护断路器的分合闸状态信号以及采集旁路开关的分合闸状态信号，并将海上侧保护断路器的分合闸状态信号以及采集旁路开关的分合闸状态信号发送至外界的后台监控系统。

13、通过海上侧保护断路器的短路电流中含有的直流分量及过零延迟时间，判断是否超过海上侧保护断路器的分断能力。

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短路电流快速过零系统及方法，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断路器无法正常开断时，则控制旁路开关分闸自动投入接地阻抗，改变回路的时间常数，实现故障回路直流分量的快速衰减，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短路电流快速过零系统，其特征在于，包括电网(g1)、陆上侧保护断路器(qf1)、海底电缆(dl1)、海上侧保护断路器(qf2)、主变(t1)、海上风电机组(gwind)、旁路开关(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短路电流快速过零系统，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，信号采集单元与海上侧保护断路器(qf2)及旁路开关(qf3)相连接，数据处理单元与信号采集单元相连接，数据处理单元经指令输出单元与旁路开关(qf3)相连接。

3.根据权利要求1所述的海上风电断路器短路电流快速过零系统，其特征在于，还包括监控信息输出单元。

4.根据权利要求3所述的海上风电断路器短路电流快速过零系统，其特征在于，数据处理单元经监控信息输出单元与外界的后台监控系统相连接。

5.一种海上风电断路器短路电流快速过零方法，其特征在于，基于权利要求1所述的海上风电断路器短路电流快速过零系统，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的海上风电断路器短路电流快速过零方法，其特征在于，当海底电缆(dl1)发生接地故障时，退出旁路开关(qf3)，自动投入接地阻抗(rjd)，增加回路的电阻，改变回路的时间常数，实现故障回路直流分量的衰减，保障海上侧保护断路器(qf2)的正常分断。

7.根据权利要求5所述的海上风电断路器短路电流快速过零方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求5所述的海上风电断路器短路电流快速过零方法，其特征在于，通过海上侧保护断路器(qf2)的短路电流中含有的直流分量及过零延迟时间，判断是否超过海上侧保护断路器(qf2)的分断能力。

技术总结
本发明公开了一种海上风电断路器短路电流快速过零系统及方法，其中，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依次相连接；旁路开关的一端及接地阻抗的一端与主变的高压侧中性点相连接，旁路开关的另一端及接地阻抗的另一端接地；控制和保护装置与海上侧保护断路器及旁路开关相连接，该系统及方法能够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,张少鹏
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