CN201717614U - 风力发电机组发电机过电流及三相不平衡检测保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种风力发电机组发电机过电流及三相不平衡检测保护装置，该装置由电流传感器、过电流保护模块和控制继电器组成，其特征在于，所述过电流保护模块包括过流保护比较电路、故障处理电路、比较器，所述过电流保护模块与所述电流传感器通过电缆连接，所述电流传感器将采集到的发电机三相电流信号输送至所述过电流保护模块，所述过流保护比较电路根据已设置过流阈值，通过所述比较器与输入的三相电流值进行比较，得到故障信号，所述故障处理电路将所述故障信号通过所述继电器输送至所述风机控制系统。

Description

风力发电机组发电机过电流及三相不平衡检测保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种发电机运行时检测电流值是否过大以及三相电流平衡与否的装置，尤其涉及一种应用于风力发电机组，检测发电机运行时电流是否过大、三相电流是否平衡的装置。

背景技术

风力发电机组在运行的过程中，风机出现故障的频率比较大，风机相关配套的故障检测设备尚不完备。为了防止风机因故障给风电场业主带来的损失，往往需要定期或不定期的进行人工检修，由于风机高度一般都在50-70米之间，这就使得检修工作耗时过多而且存在一定安全风险。

在风机的故障原因中，发电机过电流和三相不平衡危害不可忽视，其危害性主要表现在：旋转电机在不对称状态下运行，会使转子产生附加损耗及发热，从而引起电机整体或局部升温，此外反向磁场产生附加力矩会使电机出现振动。对发电机而言，在定子中还会形成一系列高次谐波；引起以负序分量为启动元件的多种保护发生误动作，直接威胁电网运行；不平衡电压使硅整流设备出现非特征性谐波；对发电机、变压器而言，当三相负荷不平衡时，如控制最大相电流为额定值，则其余两相就不能满载，因而设备利用率下降，反之如要维持额定容量，将会造成负荷较大的一相过负荷，而且还会出现磁路不平衡致使波形畸变，设备附加损耗增加等；过流的最直接危害是导致绕组的绝缘层寿命急剧降低甚至损坏，进而造成绕组之间发生短路。

传统的电站保护系统中，对于发电机的过流过压保护，多使用继电器式保护装置。这类装置普遍存在精度不高、可靠性差、安装繁琐等缺点。

现有技术中针对风机发电机运行时过电流保护以及三项电流不平衡方面的保护装置还是不够完善，尤其在MW级风力发电机组上非常有必须设置一种发电机过电流保护以及三项电流不平衡检测保护装置。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种风力发电机组发电机过电流及三相不平衡检测保护装置，该装置由电流传感器、过电流保护模块和控制继电器组成，其特征在于，所述过电流保护模块包括过流保护比较电路、故障处理电路、比较器，所述过电流保护模块与所述电流传感器通过电缆连接，所述电流传感器将采集到的发电机三相电流信号输送至所述过电流保护模块，所述过流保护比较电路根据已设置过流阈值，通过所述比较器与输入的三相电流值进行比较，得到故障信号，所述故障处理电路将所述故障信号通过所述继电器输送至所述风机控制系统。

上述方法中，所述故障信号控制所述继电器的得电与失电，所述继电器输出干节点信号通过系统总线送到风机的控制系统，所述控制系统对得到的信号进行判断，同时输出相应的控制命令控制发电机的运行。

上述方法中，所述过流保护比较电路中设定4V对应1000A，即1V对应250A，检测模块输出的电压值就可以换算为对应的电流值。检测到的电压值送比较器，比较器根据设定的阀值判断三相电流中是否有过流故障。假设设定单相过电流上限为额定值的1.2倍，若测量的是电机出线一相的全部(两条)电缆，可以推算电位器分压得到的超限阈值电压为(1.2×1320A×1.414)/250＝8.96V；若测量的是一半电缆则为4.48V。

上述方法中，所述比较器与输入的其中一相电流值进行比较，也可得到故障信号。

本实用新型将结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本实用新型的目的、特征及优点进行更深入的理解。

附图说明

图1表示本实用新型装置内部功能示意图。

图2表示本实用新型装置的过流保护比较电路图。

图3表示本实用新型装置故障处理电路图。

具体实施方式

本实用新型装置包含的功能有：1)判断是否出现发电机某相过电流的情况，若出现则动作继电器，从而间接保护变流器；2)判断是否出现发电机三相电流不平衡，若出现则动作继电器，从而间接保护变流器。每个过电流保护模块还需要和三个电流互感器配合使用。

参照图1为本实用新型装置的内部功能示意图，该装置先通过电流互感器得到三相电流对应的电压信号，然后利用电位器和比较器的反向功能得到我们设定的上下限保护阀值，通过比较器，将三相电流值和设定好的阀值进行比较，并将结果送故障处理电路；另外对三相电流值进行和运算，然后再放大五倍，得到三相不平衡值的最大保护范围。然后将得到的值和阀值比较，比较的结果和过流比较的结果通过一个与电路送故障处理电路，故障处理电路根据要求作出一系列的处理，最终通过继电器将干节点信号送控制系统，控制系统根据得到的信号对风机作出相应的控制。

参照图2，为本实用新型过流保护比较电路，三相的电流值是通过电流互感器检测发电机的电流信号，并以电压值信号输入到过流及三相不平衡检测保护装置，关系是1V对应250A。+15V电压经过5k电位器分压得到设定的报故障超限阈值REF+，经过运放TL082搭的反向器得到REF-，这两个值作为正负两个方向的超限阈值，这两个值分别送入下面的各个比较器，进行各相过电流的判断。

VI1、VI2、VI3是三个经过电流互感器转换过来的电压信号，每一路信号送入两个比较器和正负两个超限阈值REF+、-进行比较判断；这三个信号还要通过加法器叠加后(三相和除以3，再放大15倍)，送入两个比较器进行和阈值的比较，判断三相电流不平衡。

上面说的各个比较器的输出连接到一点，通过电阻上拉到15V，无故障情况下是输出15V正常信号，同时各个故障信号之间是逻辑与的关系，出现任何一个故障将输出电平拉低，后级电路将因此产生相应动作。

参照图3，为本实用新型故障处理电路图，正常时，前级输出为15V高电平，NE555电路输出(trigger)恒为低电平，后面的三极管J1关断状态，J2门极上拉到24V导通，继电器K2的线圈持续得电，其辅助触点保持闭合；故障时，前级输出拉低，在NE555的TR脚产生一个负向脉冲，根据NE555电路的用法，由R15、C8匹配参数，将输出一个宽度一定的正脉冲，脉宽是1.7s，这个时间内后级的三极管变成相反的工作状态，使得继电器的两对辅助触点断开，从而控制电机侧空开的断开。

两种超限阈值是由一个电位器分压得到。对于各相电流值，就是电流互感器转换过来的电压信号，1Vdc-250Aac，相当于电流互感器是一个4mΩ的等效电阻，单相的信号直接比较，三相加和放大5倍再比较。

三相不平衡电流是设定在允许电流值范围的20％，那么5倍值就是该范围的上限。所以在过电流保护模块中，我们设定的是三相和然后5倍(或者三相和除以3，然后再乘以15)

本实用新型装置的主要特点是没有采用工业用继电器的控制方式，工业继电器频繁的动作对继电器的性能是一个极大的考验。本实用新型采用的是电力电子上使用的继电器芯片，通过各种元器件组成的判断控制电路，判断发电机是否过流、三相是否不平衡。并且把比较的干节点信号送给控制系统，控制系统只需要对接收到的信号做简单的处理，发出控制命令就可以实现对风机的保护。整个过程高效、稳定。设备成品低廉，容易实现，设备的可移植性强。

Claims (1)

1.一种风力发电机组发电机过电流及三相不平衡检测保护装置，该装置由电流传感器、过电流保护模块和控制继电器组成，其特征在于，所述过电流保护模块包括过流保护比较电路、故障处理电路、比较器，所述过电流保护模块与所述电流传感器通过电缆连接，所述电流传感器将采集到的发电机三相电流信号输送至所述过电流保护模块，所述过流保护比较电路根据已设置过流阈值，通过所述比较器与输入的三相电流值进行比较，得到故障信号，所述故障处理电路将所述故障信号通过所述继电器输送至所述风机控制系统。 

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