一种继电保护装置及风电机组的制作方法

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1.本实用新型涉及继电保护领域，特别是涉及一种继电保护装置及风电机组。

背景技术：

2.随着新能源技术的进步，单个风电机组的单机容量越来越高，导致风电机组发生故障的概率也越来越高，需要在风电机组自身发生故障时，对风电机组进行继电保护。现有技术在对风电机组进行继电保护时，通常是利用三段式框架断路器以及主控系统实现的，具体是通过主控系统检测风电机组中的三相电流，通过确定风电机组中的各相电流相互之间的电流差值，当有任一相电流与其他相电流之间的电流差值大于预设的电流阈值时，则确定风电机组发生故障，断路器执行保护动作。但是确定电流差值的方法容易产生误差，特别是当风电机组的功率较大时，产生的误差较大，断路器或主控系统容易误动，无法准确地对风电机组进行保护。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种继电保护装置及风电机组，实现对风电机组的继电保护，不需要通过主控系统判断风电机组是否三相不平衡对风电机组进行继电保护，提高了继电保护的准确性。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种继电保护装置，包括：
5.控制模块、采集模块和第一开关；
6.所述第一开关设置在风电机组的本体与所述风电机组的变压器的低压侧之间；
7.所述采集模块的输入端与所述风电机组的变压器的输出端连接，所述采集模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述采集模块用于采集所述风电机组的变压器的工作电流和工作电压；
8.所述控制模块的第一控制端与所述第一开关的控制端连接，所述控制模块用于根据所述工作电流和所述工作电压检测到所述风电机组的本体发生故障时控制所述第一开关断开并触发所述风电机组的二级安全链，在检测到所述风电机组的本体正常工作时控制所述第一开关闭合。
9.优选的，还包括第二开关；
10.所述第二开关设置在电网与所述风电机组的变压器的高压侧之间；
11.所述第二开关的控制端与所述控制模块的第二控制端连接，所述第二开关用于在所述第一开关故障时断开。
12.优选的，所述采集模块包括：
13.电流互感器和电压互感器；
14.所述电流互感器的一次侧与所述风电机组的变压器的低压侧连接，所述电流互感器的二次测与所述控制模块的第一输入端连接；
15.所述电压互感器的一次侧与所述风电机组的变压器的低压侧连接，所述电压互感
器的二次测与所述控制模块的第二输入端连接。
16.优选的，还包括ad模块；
17.所述ad模块的输入端与所述采集模块的输出端连接，所述ad模块的输出端与所述控制模块的输入端连接。
18.优选的，所述第一开关为断路器。
19.优选的，所述控制模块为zynq-7010模块。
20.优选的，还包括电源模块；
21.所述电源模块与所述控制模块连接，所述电源模块用于为所述控制模块供电。
22.优选的，还包括提示模块；
23.所述提示模块与所述控制模块连接，所述提示模块用于在所述风电机组的本体发生故障时发出提示。
24.优选的，还包括第三开关；
25.所述第三开关设置在风电机组的变流器与所述风电机组的本体之间，所述第三开关用于在所述风电机组的本体故障时断开并在所述风电机组的本体正常工作时闭合。
26.本技术还提供一种风电机组，包括风电机组本体，还包括如上述的继电保护装置；
27.所述风电机组本体和所述继电保护装置连接。
28.本实用新型提供了一种继电保护装置及风电机组，涉及继电保护领域，第一开关设置在风电机组的本体与风电机组的变压器之间；采集模块的输入端与风电机组的变压器的输出端连接，输出端与控制模块的输入端连接，用于采集变压器的工作电流和工作电压；控制模块的第一控制端与第一开关连接，用于检测工作电流和工作电压，当检测到风电机组发生故障时控制第一开关断开，当检测到风电机组正常工作时控制第一开关闭合。通过在风电机组发生故障时断开第一开关，从而断开风电机组与电网之间的连接，能够提高风电机组继电保护的准确性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术提供的一种继电保护装置的结构示意图；
31.图2为本技术提供的一种控制模块的结构示意图；
32.图3为本技术提供的另一种继电保护装置的结构示意图；
33.图4为本身提供的一种风电机组的结构示意图。
具体实施方式
34.本实用新型的核心是提供一种继电保护装置及风电机组，实现对风电机组的继电保护，不需要通过判断风电机组是否三相不平衡对风电机组进行继电保护，提高了继电保护的准确性。
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新
型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.请参照图1，图1为本技术提供的一种继电保护装置的结构示意图，包括控制模块1、采集模块2和第一开关3；
37.第一开关3设置在风电机组4的本体与风电机组4的变压器5的低压侧之间；
38.采集模块2的输入端与变压器5的低压侧连接，采集模块2的输出端与控制模块1的输入端连接，采集模块2用于采集变压器5的工作电流和工作电压；
39.控制模块1的第一控制端与第一开关3的控制端连接，控制模块1用于根据工作电流和工作电压检测到风电机组4发生故障时控制第一开关3断开并触发所述风电机组的二级安全链，在检测到风电机组4正常工作时控制第一开关3闭合。
40.目前存在较多的早期生产的双馈式风电机组，这些风电机组4因为机组容量小、电压低以及制造成本压缩等原因，导致这些风电机组4的继电保护的配置较为简陋，仅通过简单的三段过电流脱扣式断路器实现继电保护的目的，而这种断路器存在定值分档有限、动作曲线单一以及没有故障录波信息记录等缺点，无法对风电机组4的定子、转子及其引出线的各种异常故障情况实现全面监测和保护。同时，随着风电机组4单机容量越来越大，导致风电机组4故障概率越来越高，使用三段过电流脱扣式断路器对风电机组4进行继电保护的方式无法满足目前的安全需要。
41.为了解决上述技术问题，本技术中，根据国标规定的b14285；dl/t1631继电保护方法，通过采集模块2采集风电机组4对应的变压器5处的电流和电压，控制模块1通过采集模块2采集到的工作电流以及工作电压判断风电机组4是否存在故障，具体的，可以预先收集多个风电机组4在正常工作时的工作电流以及工作电压，以确定出风电机组4在正常工作时的工作电流以及工作电压的正常数据范围，并将该正常数据范围存储到控制模块1中，在实际应用时，若控制模块1发现采集模块2采集到的工作电流或者工作电压的具体数值不在工作电流或者工作电压对应的正常数据范围内，此时则说明工作电流或者工作电压存在异常，可以确定风电机组4存在故障。为了实现对风电机组4的继电保护，在风电机组4对应的变压器5以及风电机组4本体之间设置了第一开关3，当风电机组4发生故障时，控制模块1控制第一开关3断开，断开了变压器5与风电机组4之间的连接关系，相当于把故障设备从整个电网系统中分离，从而实现了对风电机组4的继电保护，而直接断开了变压器5与风电机组4之间的连接，相当于实现对发电机的定子、转子、变频器及其引出线的各种异常故障情况的保护。
42.此外，为了保证安全性，当风电机组4发生故障而控制模块1控制第一开关3断开后，控制模块1不会自动控制第一开关3闭合，而是等到控制模块1接收到风电机组4恢复正常工作的信号后，控制模块1才会控制第一开关3闭合，例如，工作人员对风电机组4进行修理，修理完成并经过测试确定风电机组完全正常后，工作人员通过设备发送风电机组恢复正常工作的信号给控制模块1，此时控制模块1才会控制第一开关3闭合，以避免第一开关3在风电机组4仍处于故障时意外闭合。
43.控制模块1的主要功能由跳闸单元、cpu(central processing unit，中央处理
器)，总线单元以及操作面板单元实现，请参照图2，图2为本技术提供的一种控制模块的结构示意图。其中跳闸单元用于控制第一开关3的动作，跳闸单元提供16路开出量和5路开入量，由cpu开入开出进行控制；cpu主要用作根据工作电压和工作电流进行计算以判断风电机组4是否故障；操作面板单元主要作为人机界面交互的单元，这些单元通过总线相互进行连接。
44.综上，通过设置控制模块1、采集模块2和第一开关3，第一开关3设置在风电机组4的本体与风电机组4的变压器5之间；采集模块2的输入端与风电机组4的变压器5的输出端连接，输出端与控制模块1的输入端连接，用于采集变压器5的工作电流和工作电压；控制模块1的第一控制端与第一开关3连接，用于检测工作电流和工作电压，当检测到风电机组4发生故障时控制第一开关3断开并触发风电机组4的二级安全链，当检测到风电机组4正常工作时控制第一开关3闭合。通过在风电机组4发生故障时断开第一开关3，从而断开风电机组4与电网之间的连接，实现对风电机组的主保护和辅助保护，能够提高风电机组4继电保护的准确性。
45.在上述实施例的基础上：
46.作为一种优选的实施例，还包括第二开关6；
47.第二开关6设置在电网与风电机组4的变压器5的高压侧之间；
48.第二开关6的控制端与控制模块1的第二控制端连接，第二开关6用于在第一开关3故障时断开。
49.为了提高可靠性，本技术中，考虑到第一开关3可能会因为线路老化或失灵等情况而不能及时在风电机组4故障时断开，导致不能及时地对风电机组4进行继电保护；此外，还考虑到由于通常变压器5处只配置了负荷开关和熔断器，一旦风电机组4发生故障，而第一开关3也发生故障时，只能等熔断器烧断来切除故障，不能较好地执行继电保护。基于此，可以在变压器5和电网之间设置第二开关6，请参照图3，图3为本技术提供的另一种继电保护装置的结构示意图，当风电机组4发生故障且控制模块1控制第一开关3断开后，若控制模块1在一段时间后仍能够从采集模块2处采集到较大的电流以及电压，则说明第一开关3故障，此时控制第二开关6断开，相当于直接断开该风电机组4所在的风电系统与电网之间的连接，不仅实现了继电保护的目的，第二开关同时还兼做了变压器5的差动保护，提高了可靠性。
50.可见，此时继电保护装置不仅能够对风电机组4本身进行继电保护，还能够对该风电机组4所在的风电系统进行继电保护，通过配置分段过流或方向过流、负序过流或负序方向过流判据实现风电系统或风电机组4的继电保护，同时通过检测负序方向过流保护还能确定出发生故障的源头为风电机组4或电网侧等位置，另外当第一开关3故障时则在经过短暂延时后断开第二开关6；当故障点在电网时，则须与风机低压穿越、网侧远端保护的定值和动作时间相配合，起后备保护作用。基于此，继电保护装置完善了风电机组继电保护功能，提高了机电保护装置的可用性。
51.作为一种优选的实施例，采集模块2包括：
52.电流互感器和电压互感器；
53.电流互感器的一次侧与风电机组的变压器5的低压侧连接，电流互感器的二次测与控制模块1的第一输入端连接；
54.电压互感器的一次侧与风电机组的变压器5的低压侧连接，电压互感器的二次测与控制模块1的第二输入端连接。
55.为了采集变压器5的工作电流和工作电压，本技术中，考虑到输电线路中电流大小悬殊，通常的电压表和电流表等仪器难以进行准确测量，而且直接测量较大的电流或电压还容易造成设备损坏或者人员伤害，所以可以通过电流互感器和电压互感器来对电流和电压进行采集。电流互感器和电压互感器的功能类似，其能够将较大的电流和电压转换成较小的电流和电压，可以确保操作人员和仪表的安全。
56.考虑到电流互感器和电压互感器可能出现损坏或断线的情况，导致控制模块1无法正常获取到工作电流和工作电压，为了让工作人员能够及时发现问题，可以检测电流互感器以及电压互感器是否断线，当断线时向警报模块发出信号，以便警报模块发出警报提示工作人员采集模块2损坏，具体的，可以通过电流互感器以及电压互感器采集到的电流值或电压值来进行判断，当采集到的电流值或电压值很小甚至为零时，则可以说明互感器断线；在采集模块2损坏或断线时，由于无法获取到工作电流和工作电压，则无法确定风电机组4是否存在故障，此时可以保持第一开关3和第二开关6的闭合，以避免对风电机组4的非正常继电保护。
57.作为一种优选的实施例，还包括ad模块；
58.ad模块的输入端与采集模块2的输出端连接，ad模块的输出端与控制模块1的输入端连接。
59.为了确定工作电流和工作电压的值，本技术中，考虑到采集模块2采集到的工作电压值以及工作电流值均为模拟量，而控制模块1通常只能够对数字量进行操作，所以需要先将模拟量的工作电压值和工作电流值转换成数字量，具体的，请参照图2，图2为本技术提供的一种控制模块1的结构示意图，ad(analogue-to-digitalconversion)模块由ai模拟量输入单元和do数字量输出单元构成，ai模拟量输入单元提供14路交流信号输入，do数字量输出单元提供16路开出量，由cpu模件开入开出控制模块1进行控制，通过对工作电压值和工作电流值进行转换。此外，ad模块还可以设置在控制模块1中，与控制模块1中的cpu设置在同一背板上，此时ad模块可以将转换后的信号通过背板走线输入到cpu中，以便cpu确定工作电流和工作电压的值。
60.作为一种优选的实施例，第一开关3为断路器。
61.断路器是一种在风电机组4未故障时能够正常开关闭合和承载电流、能够根据控制模块1的指令灵敏地进行开关动作以及在风电机组4故障时能够在规定时间内自动断开的开关装置，可见，断路器不仅能够实现第一开关3的功能，而且在风电机组4发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断。此外，断路器能够承受的电压峰值较大，可以广泛地应用于各种类型的风电机组4中。
62.作为一种优选的实施例，控制模块1为zynq-7010模块。
63.为了实现控制模块1的功能，本技术中，采用zynq-7010模块作为控制模块1，具体是其作为控制模块1中的处理器，zynq-7010模块由双核a9的arm(advanced risc machines，risc微处理器)芯片以及fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)组成，其中，由arm中的cpu-0核心实现与设备与用户进行沟通的功能，由arm中的cpu-1核心实现电流电压检测和继电保护判断等逻辑功能，由fpga实现开入开出其他模块
如采集模块2或第一开关3等模块的功能。
64.作为一种优选的实施例，还包括电源模块；
65.电源模块与控制模块1连接，电源模块用于为控制模块1供电。
66.由于控制模块1本身需要电力才能够正常工作，考虑到若直接使用风电机组4产生的电力对控制模块1进行供电，当风电机组4故障时，可能会导致对控制模块1的供电出现问题，从而可能导致在风电机组4故障时控制模块1无法及时地控制第一开关3断开，不能较好地对风电机组4进行继电保护。基于此，可以额外设定一个电源模块，通过电源模块为控制模块1提供供电，也可以将电源模块作为控制模块1中的一个单元，请参照图2，图2为本技术提供的一种控制模块1的结构示意图。此外，控制模块1还可以检测电源模块是否存在故障，通过电源模块输出的电流和电压来进行判断，当电源模块出现故障时及时提示工作人员，以便及时维护电源模块，保证控制模块1的正常运行。
67.作为一种优选的实施例，还包括提示模块；
68.提示模块与控制模块1连接，提示模块用于在风电机组4的本体发生故障时发出提示。
69.为了及时提示工作人员，本技术中，通过提示模块发出风电机组4发生故障的信息以提示工作人员，具体的，在风电机组4发生故障时，控制模块1可以进行故障录波，将风电机组4的工作参数以及电流电压等参数进行录制，在进行录波时，可以自定义录波路数和录波时长等，将风电机组4在故障后一段时间内的参数进行录制，并发送到提示模块上进行显示，不仅能及时提示工作人员，还能让工作人员简单地确定风电机组4发生故障的原因。
70.作为一种优选的实施例，还包括第三开关7；
71.第三开关7设置在风电机组4的变流器8与风电机组4的本体之间，第三开关7用于在风电机组4的本体故障时断开并在风电机组4的本体正常工作时闭合。
72.为了更好地保护风电机组4，本技术中，请参照图3，图3为本技术提供的另一种继电保护装置的结构示意图，还设置了第三开关7，当风电机组4发生故障时，第一开关3断开后，风电机组4与电网之间的连接断开，形成了对风电机组4的继电保护，但由于风电机组4为发电装置，其内部的短路电流需要一定时间才能消去，若消除内部短路电流的时间过长也可能产生风电机组4损坏的风险，通过设置第三开关7，在风电机组4故障时，断开风电机组4本身与风电机组4的变流器8之间的连接，能够实现风电机组4转子绕组的快速灭磁，能够快速地切断风电机组4发生故障时的内部短路电路，从而能够更好地保护风电机组4。
73.请参照图4，图4为本身提供的一种风电机组的结构示意图，包括风电机组本体91，还包括如上述的继电保护装置92；
74.风电机组本体91和继电保护装置92连接。
75.对于本技术提供的一种风电机组的详细介绍，请参照上述继电保护装置的实施例，本技术在此不再赘述。
76.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有
的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
77.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种继电保护装置，其特征在于，包括：控制模块、采集模块和第一开关；所述第一开关设置在风电机组的本体与所述风电机组的变压器的低压侧之间；所述采集模块的输入端与所述风电机组的变压器的低压侧连接，所述采集模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述采集模块用于采集所述风电机组的变压器的工作电流和工作电压；所述控制模块的第一控制端与所述第一开关的控制端连接，所述控制模块用于根据所述工作电流和所述工作电压检测到所述风电机组的本体发生故障时控制所述第一开关断开并触发所述风电机组的二级安全链，在检测到所述风电机组的本体正常工作时控制所述第一开关闭合。2.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，还包括第二开关；所述第二开关设置在电网与所述风电机组的变压器的高压侧之间；所述第二开关的控制端与所述控制模块的第二控制端连接，所述第二开关用于在所述第一开关故障时断开。3.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，所述采集模块包括：电流互感器和电压互感器；所述电流互感器的一次侧与所述风电机组的变压器的低压侧连接，所述电流互感器的二次测与所述控制模块的第一输入端连接；所述电压互感器的一次侧与所述风电机组的变压器的低压侧连接，所述电压互感器的二次测与所述控制模块的第二输入端连接。4.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，还包括ad模块；所述ad模块的输入端与所述采集模块的输出端连接，所述ad模块的输出端与所述控制模块的输入端连接。5.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，所述第一开关为断路器。6.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，所述控制模块为zynq-7010模块。7.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，还包括电源模块；所述电源模块与所述控制模块连接，所述电源模块用于为所述控制模块供电。8.如权利要求1所述的继电保护装置，其特征在于，还包括提示模块；所述提示模块与所述控制模块连接，所述提示模块用于在所述风电机组的本体发生故障时发出提示。9.如权利要求1至8任一项所述的继电保护装置，其特征在于，还包括第三开关；所述第三开关设置在风电机组的变流器与所述风电机组的本体之间，所述第三开关用于在所述风电机组的本体故障时断开并在所述风电机组的本体正常工作时闭合。10.一种风电机组，其特征在于，包括风电机组本体，还包括如权利要求1至9任一项所述的继电保护装置；所述风电机组本体和所述继电保护装置连接。

技术总结

本实用新型公开了一种继电保护装置及风电机组，涉及继电保护领域，第一开关设置在风电机组的本体与风电机组的变压器之间；采集模块的输入端与风电机组的变压器的输出端连接，输出端与控制模块的输入端连接，用于采集变压器的工作电流和工作电压；控制模块的第一控制端与第一开关连接，用于检测工作电流和工作电压，当检测到风电机组发生故障时控制第一开关断开并触发风电机组的二级安全链，当检测到风电机组正常工作时控制第一开关闭合。通过在风电机组发生故障时断开第一开关，从而断开风电机组与电网之间的连接，能够提高风电机组继电保护的准确性。保护的准确性。保护的准确性。