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            框架斷路器在風電行業中的應用

            作者:能峰電氣 | 發布時間:2020-01-10 | 閱讀人數:698

                框架斷路器和接觸器是并網柜的核心元器件,而并網柜則是變流器柜的重要組成部分。變流器柜在風機整裝的所有部件中扮演著十分重要的角色,它集控制、數據采集、逆變和并網于一體,詮釋了核心控制柜的意義。當今風電機組按照結構特點,主要分為雙饋感應式異步發電機(簡稱雙饋式)和永磁直驅同步發電機(簡稱直驅型)兩類。因系統要求不同,并網斷路器在這兩種機型中的實際應用也有所不同。

            1 雙饋型應用

                目前市場上絕大多數機型都為雙饋型應用,本文也將著重討論該應用。雙饋機型采用部分功率變換,由變流器來調節饋入轉子繞組電流,當轉子處于超同步或者亞同步時都能向電網饋送發電。其典型系統原理圖見圖1。

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                當系統中出現較大的短路故障電流時,要求能夠快速分斷電流,最大限度保護設備,減少短路大電流對變流器、發電機、接觸器等重要設備的損害。施耐德電氣NT/NW系列框架斷路器采用獨特設計,提高了產品的可靠性,能夠應對系統處于各種極限狀態的挑戰。該設計已獲得了多項專利技術。

                NT/NW系列框架斷路器能夠快速分斷電弧,其滅弧室配合多層過濾網罩設計,極大冷卻熄滅電弧,防止溢出,做到人身設備的安全,而且它還節省了配電柜有限的安裝空間。

                NT/NW系列斷路器均具有DINF保護功能,該功能僅在斷路器合閘期間啟動。當斷路器合閘到故障點時,其內部互感器檢測到瞬時電流大于啟動值(一般在22kA~90kA峰值),通過開關內部小凸輪位置開關啟動DINF保護,自動關閉控制單元的原延時時間,而直接瞬時觸發機構快速脫扣(一般在10ms左右)。如果斷路器合閘期間沒有遇到大的故障電流,合閘結束后,在運行期間保護功能依然由控制單元來執行過載長延時、短路短延時、短路瞬動三段式保護。

                為滿足新的并網要求,風機設備應具有LVRT低電壓穿越能力。作為并網主斷路器,在電網系統發生暫時性故障時,控制單元需要設定好電流整定值,以躲過大的瞬時電流,確保一定時間內斷路器保持并網運行狀態。此外,如果故障電流值大,時間長,產生的熱效應可能損壞接觸器,使觸頭粘連。

                而施耐德電氣NT/NW H1T斷路器為風電雙饋機型的定制產品。它充分考慮了接觸器的短時耐受電流Icw低于斷路器Icw等特性(一般并網主接觸器Icw 12kA/10s,斷路器65kA/1s),通過特制的電子插接件,配合控制單元使用。當該斷路器運行時,如遭受線路上大的短路電流(峰值22kA以上),即使控制器關閉了短路瞬時保護,它也能夠快速脫扣(時間在10ms之內),以避免主接觸器燒壞。

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            2 直驅型應用

                直驅型機組采用全功率變換,由發電機定子輸出電功率到變流器,然后變流器再輸出到電網。

                變流器發電機側為5Hz~20Hz變頻,較低的頻率會延長電流過零點的周期,給分斷造成一定的困難,在此可采用施耐德電氣NW NA負荷開關+外接保護控制器,或者NW DC直流斷路器,以確保有效安全地分斷故障電流。當變流器電網側為50Hz恒頻應用時,并網斷路器可采用NW H1型斷路器,電氣參數Icu=Ics=Icw=65kA,能夠可靠運行,切斷故障大電流。

                同時,在斷路器并網、解列的時候,考慮需多次分合開關,NW系列斷路器采用引弧式觸頭,內部有主觸頭、弧觸頭設計。閉合時,先接通弧觸頭,然后再接通主觸頭,分斷時則相反。憑借這樣的設計,可以有效快速地分斷電弧,保護主觸頭,從而延長斷路器的使用壽命。

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            3  高原型應用

                風力資源較為豐富的西南和北方地區由于海拔較高、空氣稀薄,對電氣設備有一定的特殊要求。施耐德電氣NW H1TH為高原型專用斷路器,采用增強型的絕緣材料來滿足嚴酷的絕緣性要求。同時,H1TH系列也考慮到高原地區空氣分子密度低,難于散熱和運動,而采用了特有的滅弧罩,使分斷故障電流快速有效。

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                這樣的設計提高了滅弧柵片強度和數量,以此增加近極壓降U0值,同時也拉長了電弧長度L。通過圖4的計算公式可以看出,增加了電弧電壓Uarc的值,而維持較高的電弧電壓,可以幫助電弧盡早引入滅弧室,最終冷卻、分斷電弧。

            如上所述,施耐德電氣針對不同類型風機的應用提供先進的產品解決方案:為雙饋型機組量身定制NW H1T斷路器,為高原型電力設備提供專業的NW H1TH,除此之外還提供通用型的NW H1斷路器。在新能源行業飛速發展的今天,施耐德電氣不斷加強其在中國的研發、生產、質量管理,以及售后服務等領域的能力,致力于為中國風電客戶提供更先進且合身的產品解決方案。

             





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