目錄風(fēng)電變流器中過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題研究摘要隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量和在系統(tǒng)中總的裝機(jī)容量快速增加，風(fēng)電機(jī)組與系統(tǒng)之間的相互影響越來(lái)越復(fù)雜。過(guò)電壓可分為內(nèi)部過(guò)電壓和外部過(guò)電壓，其中內(nèi)部過(guò)電壓是指風(fēng)電變流器本身產(chǎn)生的內(nèi)部能量和過(guò)電壓，由于風(fēng)電變流器操作員處理不當(dāng)，雷云放電引起的外部過(guò)電壓。任何類型的過(guò)電壓都會(huì)對(duì)風(fēng)電變流器的正常使用和使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，例如，內(nèi)部過(guò)電壓不僅會(huì)改變電氣系統(tǒng)的電壓、容量參數(shù)，還會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模停電。而且在風(fēng)電變流器運(yùn)行中也會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題，如損壞、損壞、損壞、損壞等。燃燒、爆炸導(dǎo)致了風(fēng)電變流器的運(yùn)行。鑒于此，本文介紹了風(fēng)電變流器過(guò)電壓的危害，分析了風(fēng)電變流器過(guò)電壓產(chǎn)生的原因，并舉例說(shuō)明了過(guò)電壓保護(hù)在風(fēng)電變流器中的應(yīng)用，提出了風(fēng)電變流器過(guò)電壓保護(hù)的措施，從而，確保風(fēng)電變流器的正常運(yùn)行和使用壽命。關(guān)鍵詞：過(guò)電壓保護(hù)；電氣工程設(shè)備；風(fēng)電發(fā)電站；電網(wǎng)論文類型：理論應(yīng)用目錄TOC\o"1-3"\h\u308811引言 IV引言1.1研究背景與意義煤炭、石油和天然氣是當(dāng)今世界最重要的三種能源，約占當(dāng)今一次能源消費(fèi)的80%。隨著世界人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)能源的需求不斷增加，能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出。追求清潔高效的能源是這種情況的必然前提。滿足能源可持續(xù)增長(zhǎng)需求的可再生替代能源是每個(gè)國(guó)家的一個(gè)重要問(wèn)題。可再生能源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能和氫能，其中風(fēng)能分布廣泛，總量十分可觀。據(jù)估計(jì)，世界上可用的風(fēng)能約為2x107MW，是世界上水能總量的十倍。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電已成為最成熟和商業(yè)化的可再生能源發(fā)電技術(shù)之一。近年來(lái)，風(fēng)能裝機(jī)容量以年均30%左右的速度增長(zhǎng)。歐盟的總體風(fēng)能發(fā)展目標(biāo)為2020年和2050年的17.5%和50%，而丹麥的風(fēng)能生產(chǎn)份額分別為42%。2020年的100%或2050年應(yīng)增加；美國(guó)的目標(biāo)是，到2030年，風(fēng)能將確保30%的電力供應(yīng)。2020年和2050年，中國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛槭澜绲谝弧Ｖ袊?guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量計(jì)劃為200GM和1000GM，而風(fēng)力發(fā)電分別為5%。占總發(fā)電量的17%。風(fēng)能將是中國(guó)五大能源。然而，隨著風(fēng)力渦輪機(jī)容量及其在系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量的快速增長(zhǎng)，風(fēng)力渦輪機(jī)與系統(tǒng)之間的相互作用變得越來(lái)越復(fù)雜。風(fēng)力渦輪機(jī)通常連接到弱電網(wǎng)。過(guò)電壓和其他原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)的電壓下降，這導(dǎo)致了許多問(wèn)題，例如交流電流的不對(duì)稱性、市電連接功率的波動(dòng)以及變流器的直流母線的電壓增加。在嚴(yán)重情況下，風(fēng)機(jī)停機(jī)保護(hù)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)斷開(kāi)，危及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，大面積并網(wǎng)風(fēng)力渦輪機(jī)通常分布在海洋、戈壁和其他偏遠(yuǎn)地區(qū)，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多樣，電流互感器在系統(tǒng)中處于相對(duì)薄弱的位置，經(jīng)常發(fā)生故障，維護(hù)困難且成本高昂。如何提高風(fēng)力渦輪機(jī)在過(guò)電壓條件下的平穩(wěn)運(yùn)行是一個(gè)主要的技術(shù)問(wèn)題。為了縮短中國(guó)與世界先進(jìn)水平的距離，有必要對(duì)其進(jìn)行研究。在風(fēng)電技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，其技術(shù)需求也逐步提高，設(shè)備運(yùn)行是否穩(wěn)定，直接關(guān)系到電網(wǎng)是否可靠。作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心組成部分，風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器作為電力電子設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，其特點(diǎn)是技術(shù)難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高等特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器在鹽霧和高溫條件下運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，被認(rèn)為有高濕和灰塵的操作環(huán)境，因此要求電氣系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定值高。對(duì)風(fēng)力發(fā)電變流器過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，可以概括過(guò)電壓保護(hù)應(yīng)用于不同領(lǐng)域的原理和模式，對(duì)過(guò)電壓保護(hù)的創(chuàng)新性研究具有理論指導(dǎo)意義。此外，風(fēng)電變流器控制系統(tǒng)可以保證電網(wǎng)及風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最大限度地輸送風(fēng)能。當(dāng)電網(wǎng)要求無(wú)功時(shí)，變流器還向電網(wǎng)發(fā)出無(wú)功，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)起支撐作用。由于風(fēng)力發(fā)電變流器需要直接受到動(dòng)力電壓、電流等參數(shù)的影響，它對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電壓值有非常高的要求，如果電力系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，電力超出合理范圍的情況，即發(fā)生過(guò)電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電變換器的絕緣性受損，從而破壞風(fēng)力發(fā)電變換器，或不正常工作，穩(wěn)定工作。在此基礎(chǔ)上，要求設(shè)備管理者積極探究在風(fēng)力發(fā)電變流器中運(yùn)用過(guò)電壓保護(hù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀在過(guò)電壓保護(hù)研究范疇內(nèi)，國(guó)外電力系統(tǒng)領(lǐng)域的研究成果較多。G．Paap等人研究在變壓器分閘時(shí)，二次側(cè)出現(xiàn)的操作過(guò)電壓，給出了這種現(xiàn)象的模型，并給出了變壓器和電纜共振現(xiàn)象的一個(gè)示例，該示例導(dǎo)致了電力變壓器二次側(cè)的絕緣擊穿，同時(shí)提出更改電纜電容值，改變電纜長(zhǎng)度的方式抑制過(guò)電壓，最后在二次側(cè)安裝避雷器為后備保護(hù)。S．Ihara等人對(duì)三相變壓器建模，模擬了磁芯的瞬態(tài)過(guò)程，分析從變壓器的三角形連接側(cè)進(jìn)行操作，計(jì)算最大的操作過(guò)電壓，提供了一種計(jì)算過(guò)電壓的方法，但是比較繁瑣且易錯(cuò)。PaulG.Slade等人提出使用真空滅弧開(kāi)關(guān)來(lái)分閘和合閘線路，并能夠保護(hù)配電線路，根據(jù)真空滅弧開(kāi)關(guān)的快速恢復(fù)特性來(lái)生產(chǎn)斷路器，并保護(hù)配電線路，該方法一般用于大功率高電壓電力系統(tǒng)傳輸場(chǎng)合。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在現(xiàn)階段的低壓配電系統(tǒng)雷電防護(hù)中主要采用氣體放電管與壓敏電阻并聯(lián)的形式。對(duì)防護(hù)器件的了解是用于防護(hù)的前提，在這點(diǎn)上國(guó)內(nèi)不少學(xué)者對(duì)防護(hù)器件的性能做了研究：李樹總結(jié)了氣體放電管的結(jié)構(gòu)性能和原理，以及二電極放電管和三電極放電管的測(cè)試、試驗(yàn)及其應(yīng)達(dá)到的主要標(biāo)準(zhǔn)。翟中生，呂清花等依據(jù)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)設(shè)計(jì)了針對(duì)氣體放電管的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方案，測(cè)試氣體放電管的電極材質(zhì)、引線直徑、焊接高度、根部焊接面積和底板材質(zhì)等參數(shù)對(duì)其可靠性的影響。孫偉，姚學(xué)玲，陳景亮針對(duì)空氣間隙型浪涌保護(hù)器存在的問(wèn)題，在低氣壓條件下研究了電極材料及間隙距離對(duì)間隙型SPD保護(hù)特性（UDC、Upulse、Tresponse）的影響。王瑩設(shè)計(jì)了一種觸發(fā)型氣體放電管，在一定程度上解決氣體間隙型放電管在雷電防護(hù)應(yīng)用中存在擊穿電壓高、響應(yīng)時(shí)延長(zhǎng)等問(wèn)題。過(guò)電壓防護(hù)器件不僅要求其自身性能符合要求，更重要的是在不同的脈沖源下，其響應(yīng)性能是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為此國(guó)內(nèi)很多學(xué)者利用不同脈沖源，對(duì)電壓開(kāi)關(guān)型SPD和電壓鉗制型SPD的響應(yīng)特性進(jìn)行了研究：張桂紅，郭潔對(duì)氧化鋅非線性電阻片在8/20μs、4/10μs、2/5μs、0.7/1.5μs等沖擊電流波形下的等值電路，陡波大電流作用下的電氣模型進(jìn)行了分析，認(rèn)為建立陡波下壓敏電阻的等值電路時(shí)，必須考慮壓敏電阻的動(dòng)態(tài)伏安特性，另外也必須考慮到在不同波頭時(shí)間的電流作用下，電流波頭陡度的影響。姚學(xué)玲，陳景亮，孫偉為滿足對(duì)TVS放電時(shí)延及其分散性、工作電壓范圍、通流容量等的要求，設(shè)計(jì)并利用高介電系數(shù)的電介質(zhì)材料制作的沿面閃絡(luò)真空開(kāi)關(guān)，研究了觸發(fā)脈沖、主間隙兩端的電壓對(duì)TVS放電時(shí)延及其分散性的影響規(guī)律。李祥超，周中山，王成芳等針對(duì)開(kāi)關(guān)型SPD續(xù)流的問(wèn)題提出主要是由于兩電極氣隙擊穿時(shí)，擊穿電壓較低引起的。通過(guò)電極擊穿時(shí)電弧力效應(yīng)理論的分析，得出電弧力主要由電子力、靜電力、電磁力、等離子流力等組成，提出了在開(kāi)關(guān)型SPD設(shè)計(jì)中，放電電極一個(gè)處于固定狀態(tài)，另一個(gè)電極處于可動(dòng)狀態(tài)，利用電弧力效應(yīng)，拉長(zhǎng)電極間隙的長(zhǎng)度，增加兩電極間殘壓，起到提前滅弧，減小續(xù)流的作用。1.3研究?jī)?nèi)容本文一共分為5個(gè)章節(jié)，具體內(nèi)容如下；第一章為緒論，概述了研究的背影、意義，并查閱編寫了有關(guān)的變流器過(guò)電壓保護(hù)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述，最后總結(jié)了本文的主要研究?jī)?nèi)容第二章先是從外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓兩個(gè)方面分析了過(guò)電壓的類型；然后提出過(guò)電壓產(chǎn)生的原因包括，電力外輸線路、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接、主變壓器側(cè)斷路器開(kāi)斷空載和自然因素四個(gè)方面。第三章以風(fēng)電變流器的過(guò)電壓防護(hù)為例，先是分析現(xiàn)象的產(chǎn)生，對(duì)動(dòng)作保護(hù)措施作了進(jìn)一步的界定，然后分析風(fēng)電變流器這種過(guò)電壓保護(hù)現(xiàn)象產(chǎn)生原因，最后，針對(duì)風(fēng)電變流器過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題，提出優(yōu)化應(yīng)對(duì)措施。第四章對(duì)風(fēng)電變流器過(guò)電壓保護(hù)方式從內(nèi)、外兩個(gè)角度進(jìn)行了分析，通過(guò)強(qiáng)化對(duì)出線風(fēng)電變流器的保護(hù)，風(fēng)電變流器外部加裝多種防雷保護(hù)裝置的對(duì)策第五章總結(jié)全文。過(guò)電壓的分類與產(chǎn)生的原因2.1過(guò)電壓的分類過(guò)電壓一般分為外過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓兩大類。外部過(guò)電壓也稱為閃電過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。大氣中的雷暴云正在落到地面上.有直接照明和感應(yīng)照明兩種類型.雷暴過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間約為10微秒，由于其脈沖特性，通常稱為雷暴沖擊波。直接雷擊時(shí)的過(guò)電壓發(fā)生在雷擊直接擊中電氣工程設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)。帶電的雷電導(dǎo)體，作為架空線路的導(dǎo)體，叫做雷電直擊.在正常情況下，閃電時(shí)，處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路塔，放電后電位增加，稱為反應(yīng)。當(dāng)閃電直接擊中時(shí)，電壓超過(guò)100萬(wàn)。伏特會(huì)損壞電氣工程設(shè)備的絕緣，導(dǎo)致接地短路.感應(yīng)雷電過(guò)電壓是指雷電發(fā)生時(shí)電氣工程設(shè)備附近的地面。電氣工程設(shè)備（包括二次設(shè)備和通信設(shè)備）是指在放電過(guò)程中由于空間電磁場(chǎng)的劇烈變化而不能被閃電直接觸碰的感應(yīng)過(guò)電壓。因此，架空線路必須用避雷器和接地裝置加以保護(hù)。輸電線路抗雷耐久性和起爆頻率通常用來(lái)表示輸電線路抗雷擊的能力。內(nèi)過(guò)電壓是指改變電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行模式導(dǎo)致的過(guò)電壓。包括瞬態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振和電壓。瞬態(tài)過(guò)電壓是斷路器操作或短路故障造成的。這是電流系統(tǒng)在暫態(tài)過(guò)程后達(dá)到一定暫態(tài)穩(wěn)定時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，也稱為工頻電壓升高。一般無(wú)荷載長(zhǎng)線承載力效果（法蘭連接效果）。在工頻電源的作用下，沿線電壓分布不同，終端電壓最高。不對(duì)稱大地短路。如果接地錯(cuò)誤是三相輸電線路短路造成的，則b相和c相的電壓會(huì)升高。切斷過(guò)電壓。輸電線路發(fā)生故障時(shí)，如果突然切斷負(fù)荷，電源的功率將不能及時(shí)自動(dòng)調(diào)整，從而切斷電壓。工作電壓是指斷路器操作或突然短路引起的衰減快、持續(xù)時(shí)間短的過(guò)電壓。切斷怠速管路的過(guò)電壓。切斷空載變壓器的過(guò)電壓。接地過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓是指能源系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在一定接線方式下與工頻發(fā)生諧振而產(chǎn)生的過(guò)電壓。通常是因?yàn)榫€性諧振過(guò)電壓。鐵磁共振通過(guò)電壓。參數(shù)共振了電壓。2.2過(guò)電壓產(chǎn)生的原因2.2.1電力外輸線路目前，我國(guó)大部分火力發(fā)電廠都在建設(shè)外置輸電線路，連接電氣工程設(shè)備和專用長(zhǎng)距離高壓輸電線路。這種外部輸電線路的連接可以有效地提高電力系統(tǒng)的傳輸效率，但由于外部條件和發(fā)電機(jī)、變壓器過(guò)激等其他因素，隨著系統(tǒng)電壓的升高和頻率的降低，輸電線路的距離非常困難，移交過(guò)程非常復(fù)雜。容易造成電氣工程設(shè)備過(guò)電壓.此外，在實(shí)際輸電過(guò)程中，由于非對(duì)稱接地和外部輸電線路電容的影響，很容易輸出特殊長(zhǎng)的高壓輸電線路，在輸電過(guò)程中，產(chǎn)生過(guò)電壓，對(duì)線路上電氣工程設(shè)備的運(yùn)行有一定的負(fù)面影響。由于電源線兩個(gè)端開(kāi)關(guān)的分離時(shí)間總是不同的，無(wú)論是正常運(yùn)行還是故障，負(fù)荷線路無(wú)論是正常運(yùn)行還是故障觸發(fā)都會(huì)被切斷。如果斷路器的消弧能力不足，并且觸點(diǎn)之間形成電弧，則切斷負(fù)載線的路徑電壓大于觸點(diǎn)之間形成的電弧。通過(guò)提高斷路器的消弧性能，特別是切斷小電流的能力，可以減少電弧重新形成的可能性，并降低過(guò)電壓。2.2.2發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接為了限制電流接地并防止各種電壓，熱電廠通常依靠連接高密度接地中性點(diǎn)發(fā)電機(jī)的方法。這種高阻力通常從幾百歐元到幾歐元不等。數(shù)千歐元。您可以直接在中性點(diǎn)發(fā)電機(jī)和地面之間安裝大阻力，也可以在中性點(diǎn)發(fā)電機(jī)和地面之間安裝接地適配器。將變壓器主一側(cè)的小阻力連接到中性點(diǎn)發(fā)電機(jī)和側(cè)面變壓器的二級(jí)阻力。一級(jí)阻力等于二級(jí)阻力的平方乘以變壓器的轉(zhuǎn)化率。現(xiàn)在獲得大型單元的主要方法是將小阻力與變壓器連接起來(lái)。工廠設(shè)計(jì)例如，27/0.22kv比例接地適配器、0.0882Ω二次阻力適配器、1328.2Ω中性點(diǎn)發(fā)電機(jī)。采用高接地阻力的中性點(diǎn)的目的是向錯(cuò)誤點(diǎn)注入電流阻力，提高工作靈敏度保護(hù)接地，有效防止和減少電氣工程設(shè)備操作過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓?jiǎn)栴}，并可以通過(guò)高接地阻力減少電網(wǎng)中的過(guò)電壓。電阻器中性對(duì)應(yīng)于阻燃電阻器與振幅共振電路并行。因此，在減輕阻力的工作框架內(nèi)產(chǎn)生電壓共振的可能性在很大程度上是可以避免的。2.2.3主變壓器側(cè)斷路器開(kāi)斷空載在發(fā)電廠中，主變壓器斷路器通常在供電系統(tǒng)運(yùn)行期間切斷而不充電。當(dāng)側(cè)面主變壓器上的斷路器產(chǎn)生負(fù)載時(shí)，必須切斷弱電流，以免充電電流從原來(lái)的小型變壓器立即變?yōu)榱?。因此，變壓器感?yīng)激發(fā)一側(cè)產(chǎn)生的電壓非常高，在隔離公共汽車和線路薄弱部分時(shí)發(fā)生事故。2.2.4自然因素風(fēng)、雨、雷、電等極端自然現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)，而且還會(huì)由于閃電和直接通信傳輸線路，導(dǎo)致設(shè)備的電力系統(tǒng)處于電壓線之外。相關(guān)研究證明風(fēng)、雷雨、電和其他極端自然現(xiàn)象是導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備外部過(guò)電壓的最重要因素之一。2.3本章小結(jié)本章先是從外過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓兩個(gè)方面來(lái)闡述過(guò)電壓的分類，其中內(nèi)過(guò)電壓也稱為閃電過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓，內(nèi)過(guò)電壓包括瞬態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振和電壓。然后從電力外輸線路、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接、主變壓器側(cè)斷路器開(kāi)斷空載和自然因素四個(gè)方面來(lái)分析過(guò)電壓產(chǎn)生的原因。對(duì)風(fēng)電變流器中過(guò)電壓保護(hù)的案例分析3.1故障過(guò)程描述落雷過(guò)電壓現(xiàn)象是雷云放電造成的，由于外面天氣環(huán)境惡劣，與當(dāng)?shù)貧庀髼l件有關(guān)，落雷過(guò)電壓有直擊雷暴的形式和感應(yīng)雷暴的形式，入侵雷暴過(guò)電壓有三種。雷電直擊電氣設(shè)備后，裝置中產(chǎn)生了非常大的電壓降，稱為雷電過(guò)電壓。另一種叫做感應(yīng)雷過(guò)電壓，有兩種。一種是靜電感應(yīng)，當(dāng)在電氣設(shè)備周圍被雷擊時(shí)，在電氣設(shè)備中感測(cè)與雷電極性相反的電荷，由此產(chǎn)生電流。如果雷云不命中裝置，對(duì)其他目標(biāo)進(jìn)行放電處理，裝置上的感應(yīng)電荷將從雷云電荷吸引中釋放出來(lái)，自由形成的電流流向土地，從而引起電位降。另一種是電磁感應(yīng)，是裝置與裝置之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的點(diǎn)火裝置，侵入雷過(guò)電壓是裝置周邊線路上的過(guò)電壓，金屬管被落雷，落雷電流通過(guò)線路金屬管侵入電氣設(shè)備。用于CRAFTTF磁體供電的風(fēng)力電變流器可以輸出90kA的直流電流，并且變流系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)裝置晶閘管是其核心裝置之一。在變流區(qū)域，當(dāng)雷電從變壓器網(wǎng)側(cè)某相沿線路侵入時(shí)，雷電過(guò)電壓通過(guò)網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)繞組間的電容耦合到風(fēng)電變流器，大于晶閘管的安全閾值，危及晶閘管的正常工作，供電系統(tǒng)不能正常工作也危害員工的生命安全。因此，進(jìn)行雷擊過(guò)電壓作用下風(fēng)電換能器晶閘管的研究具有一定的理論意義和工程參考價(jià)值。過(guò)去，雷擊防護(hù)主要依靠歷史數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，沒(méi)有對(duì)大電流風(fēng)力發(fā)電變流器過(guò)電壓影響因素進(jìn)行深入的分析和探討。由于雷電具有不可阻擋性，大電流風(fēng)力發(fā)電變流器裝置的安全問(wèn)題具有重要意義，需要探討雷擊過(guò)電壓產(chǎn)生的因素和抑制措施以保護(hù)裝置。3.2保護(hù)動(dòng)作情況分析3.2.1整流變壓器網(wǎng)側(cè)避雷器選型氧化鋅避雷器的參數(shù)選擇主要取決于三個(gè)參數(shù)，連續(xù)運(yùn)行電壓、額定電壓和名義放電電流，因此需要計(jì)算這三個(gè)參數(shù)才能正確選擇。1.持續(xù)運(yùn)行電壓避雷器連續(xù)運(yùn)行電壓峰值的規(guī)定應(yīng)大于系統(tǒng)的最大運(yùn)行電壓峰值，考慮到諧波的影響，系統(tǒng)要求的最高運(yùn)行電壓應(yīng)乘以1.05，以增加安全余量。持續(xù)運(yùn)行電壓分為以下兩種模式進(jìn)行計(jì)算。一種是接地故障自動(dòng)切除系統(tǒng)，一種是需要保護(hù)，另一種是中性點(diǎn)諧振接地或不接地，對(duì)于第一類，連續(xù)運(yùn)行電壓要求在系統(tǒng)設(shè)備最大對(duì)地電壓除√2以上，由于該系統(tǒng)屬于核聚變裝置是要求接地故障系統(tǒng)自動(dòng)切除的重要系統(tǒng)。2.額定電壓避雷器的設(shè)置場(chǎng)所通常在整流變壓器網(wǎng)側(cè)的某相之后接地，因此避雷器所承受的電壓為相電壓?？紤]線路額定電壓上限、電壓寬度和持續(xù)時(shí)間，結(jié)合避雷器本身參數(shù)特點(diǎn)選擇避雷器。在IEC60099-4中，避雷器的額定電壓是避雷器能承受的最高電壓，因此在選擇避雷器的額定電壓時(shí)，需要考慮系統(tǒng)可能受到雷擊的過(guò)電壓峰值的最大值及其持續(xù)時(shí)間。3.標(biāo)稱放電電流避雷器標(biāo)稱放電電流的定義如下：用于對(duì)避雷器進(jìn)行分級(jí)的雷擊電流峰值，標(biāo)稱放電電流是反映避雷器保護(hù)特性和能量吸收能力的主要參數(shù)。在IEC60099-4中，考慮到裝置的最高電壓在72.5kV以下，名義放電電流為5kA，已經(jīng)得到保護(hù)，但重要設(shè)備應(yīng)選擇比較安全的容限避雷器進(jìn)行保護(hù)，CRAFTTF磁鐵電源變流系統(tǒng)是核聚變的電源，因此將名義電流選擇為10kA。4.避雷器型式預(yù)選根據(jù)西電避雷器公司型號(hào)選擇手冊(cè)及避雷器基本特性參數(shù)選擇避雷器類型Y10W-35/175W。3.2.2變壓器閥側(cè)金屬氧化物限壓器選型由于變壓器網(wǎng)側(cè)落雷過(guò)電壓通過(guò)網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)繞組之間的電容耦合到風(fēng)電變流器，閥側(cè)還需要變壓器閥側(cè)金屬氧化物電壓限制器（MOV）的雷電保護(hù)，MOV類似于網(wǎng)側(cè)避雷器的約束過(guò)電壓原理，主要區(qū)別在于電壓等級(jí)不同。類型選擇主要以三個(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)：最大連續(xù)運(yùn)行電壓、直流基準(zhǔn)電壓等名義放電電流。3.2.3最大持續(xù)運(yùn)行電壓整流變化閥側(cè)繞組采用三角形接合法，在變壓器閥側(cè)單相接地故障情況下，非故障相增加為31/2，MOV應(yīng)具有承受暫時(shí)過(guò)電壓的能力，即Uc≥197V。3.2.4直流參考電壓在選擇直流參考電壓時(shí)，主要應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)。（1）當(dāng)在晶閘管的兩端產(chǎn)生轉(zhuǎn)相過(guò)電壓時(shí)，所述電壓耦合到所述變壓器的閥側(cè)，對(duì)地電壓峰值為400V。如果將MOV作為保護(hù)裝置，則有可能被過(guò)電壓多次破壞，MOV壽命變短，因此更換過(guò)電壓脈沖使MOV流動(dòng)所需的電流必須低于其直流基準(zhǔn)電流Uref≥400V。（2）在選擇直流基準(zhǔn)電壓時(shí)，考慮與高能型MOV相互配合，在電流導(dǎo)通時(shí)間短的情況下，高能型MOV與高壓型相比能夠承受更大的電流，在長(zhǎng)時(shí)間的電流導(dǎo)通的情況下，與高能型相比，高壓型MOV能夠承受更大的電流。4.3.3名義放電電流防雷等級(jí)（LPL）是與雷電流參數(shù)值相關(guān)的參數(shù)組，當(dāng)外部有雷天氣時(shí)，針對(duì)低壓電氣系統(tǒng)的防雷問(wèn)題，標(biāo)稱電流In選擇10kA，波形為8/20μs?；谏鲜鲎畲筮B續(xù)工作電壓UC、直流基準(zhǔn)電壓Uref與名義放電電流In的關(guān)系，預(yù)選高壓型MOV模型為CSP2500FD3P1。3.3故障原因分析197V/50Hz磁體供電的風(fēng)電換能器拓?fù)淙鐖D4-1，從電路結(jié)構(gòu)出發(fā)，重點(diǎn)分析雷擊侵入波作用下風(fēng)電換能器晶閘管過(guò)電壓、影響因素與過(guò)電壓的關(guān)系等內(nèi)容，并選擇適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的abc分別表示變壓器側(cè)三相，Rtn、Rng分別表示負(fù)載電感線圈和大地接地電阻，Upl表示落雷過(guò)電壓從交流側(cè)a相線侵入裝置，受高壓型避雷器約束后得到的電壓，然后通過(guò)晶閘管和接地電阻終于流入大地。如果Upl大于晶閘管的耐壓峰值，損傷晶閘管閥的絕緣，破壞晶閘管使換流閥系統(tǒng)不能維持安全動(dòng)作，使輸電系統(tǒng)癱瘓。圖4-1雷擊侵入波進(jìn)入風(fēng)電變流器3.3.1模型分析重點(diǎn)研究了由CRAFTTF磁體供電的風(fēng)電換能器，開(kāi)展了電流模型的分析與建立、避雷器模型、風(fēng)電換能器模型，對(duì)可控硅管施加的電壓進(jìn)行了理論計(jì)算。（1）雷電沖擊波模型雷電過(guò)程比較復(fù)雜，應(yīng)建立雷電流模型，首先，闡明雷波的性質(zhì)和形態(tài)。為了模擬風(fēng)電換能器內(nèi)的波動(dòng)過(guò)程，雷波由許多不同的波形組成，最后，形成了一種比較容易學(xué)習(xí)的波形。目前常用的雷電流數(shù)學(xué)模型主要是雙指數(shù)函數(shù)模型，Heidler模型和脈沖函數(shù)，其中雙指數(shù)模型對(duì)風(fēng)電換能器雷電流的研究更為適用，雷沖擊波形意見(jiàn)圖4-2認(rèn)為是T1這兩種指數(shù)波疊加而成T2表示波頭時(shí)間和波尾時(shí)間，A點(diǎn)表示波頭的最高點(diǎn)所處的位置，B點(diǎn)表示閃電波尾的位置，U0表示閃電沖擊波的最大值，即與A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值。閃電沖擊波的函數(shù)式為i=i0（et/T1-e-t/T2），兩指數(shù)函數(shù)的積可以求出圖4-2波形。圖4-2雷電沖擊波示意圖（2）風(fēng)電變流器簡(jiǎn)化模型分析雷電流作用下風(fēng)電換能器晶閘管所承受的電壓變化情況，兩套整流橋結(jié)構(gòu)相同，對(duì)一套整流橋進(jìn)行研究，可以達(dá)到避免復(fù)雜計(jì)算過(guò)程帶來(lái)的誤差要求，提取出一套整流閥，并對(duì)其簡(jiǎn)化分析，保持準(zhǔn)確性整流閥型號(hào)參照?qǐng)D4-3。圖4-3風(fēng)電變流器簡(jiǎn)化模型從圖4-3可知，由于晶體管閥5上的電壓急劇增加，因此假設(shè)晶體管閥1、2導(dǎo)通，通風(fēng)變流器正在動(dòng)作中。假設(shè)在落雷電流傾斜的情況下，晶閘管5的兩端電壓為U，晶閘管5在兩端產(chǎn)生落雷過(guò)電壓有以下情況。由此可知，在晶閘管5的兩端有落雷過(guò)電壓和落雷電流，負(fù)載電阻呈正相關(guān)，當(dāng)雷電大幅度流動(dòng)時(shí)，晶閘管被破壞，導(dǎo)致變流系統(tǒng)的麻痹。整個(gè)系統(tǒng)采用35kV高壓入線，經(jīng)變壓器降到197V后送入大電流風(fēng)電變換器，建立系統(tǒng)整體模型，框圖見(jiàn)圖4-4。風(fēng)力發(fā)電變流器大部分設(shè)置在室內(nèi)，落雷地點(diǎn)在室外，圖中示出了可能受到落雷的地點(diǎn)、避雷器的設(shè)置地點(diǎn)。圖4-4系統(tǒng)框圖在可變電流系統(tǒng)正常工作的情況下，僅用單一組整流器分析并輸出圖4-5那樣的6脈沖波持續(xù)電壓電流。從圖4-5可以看出，輸出電壓不能適應(yīng)供電需求，嚴(yán)重影響變頻閥系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。圖4-5200kA雷電流幅值情況下晶閘管電壓波形3.3.2雷電流幅值對(duì)雷擊過(guò)電壓的影響根據(jù)建立的仿真模型，對(duì)雷電流進(jìn)行調(diào)幅，研究表明，雷電流振幅越大，負(fù)載與晶閘管的過(guò)電壓相應(yīng)增加，呈線性正相關(guān)關(guān)系的為文，分別設(shè)雷電電流為10kA、20kA、50kA、100kA、200kA，為0.021s時(shí)雷電。雷擊瞬間，晶閘管波電壓波形出現(xiàn)峰值，雷電流振幅200kA，晶閘管兩端電壓近1800V，大于5STP50Q1800電壓安全容限上限，經(jīng)常多次運(yùn)行，降低了晶閘管的使用壽命，危及系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。雷電流振幅為10kA，晶閘管兩端電壓值為615.6V，隨著雷電流振幅的增加而增加，晶閘管兩端電壓也逐漸上升，過(guò)電壓值與雷電流振幅之間大致成正相關(guān)關(guān)系，雷電流振幅值設(shè)定為200kA，晶閘管兩端電壓分別為1309.9V，即雷電流振幅越大晶閘管的兩端電壓升高。3.3.3避雷器位置對(duì)晶閘管過(guò)電壓的抑制影響在電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)中，避雷器占主導(dǎo)地位，將過(guò)電壓電平控制在合理以內(nèi)。通常雷電流出現(xiàn)在變壓器網(wǎng)側(cè)，但由于本文研究的重點(diǎn)是抑制晶閘管落雷過(guò)電壓，因此避雷器的位置可選擇風(fēng)電變流器線路或直接連接到晶閘管閥支路?；谏鲜龇治龅?00kA雷電流模擬，以避雷器位置為變量，研究了晶閘管受到落雷過(guò)電壓時(shí)的情況。避雷器的位置1表示變壓器的高壓側(cè)的位置，即網(wǎng)側(cè)，避雷器的位置2表示變壓器的低壓側(cè)的位置，即閥側(cè)，避雷器的位置3表示晶閘管的分支的位置。通過(guò)仿真結(jié)果的比較，避雷器設(shè)置在變壓器低壓側(cè)的位置，晶閘管受到落雷時(shí)的過(guò)電壓值最高，避雷器設(shè)置在晶閘管的分支上后，晶閘管的落雷過(guò)電壓最低，因此首選設(shè)置在晶閘管的分支上。3.4應(yīng)對(duì)措施如果置換相同性能參數(shù)的電容，則電容突發(fā)消失，因此過(guò)電壓抑制元件的選擇極其重要。在選擇過(guò)電壓抑制元件時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：（1）基本參數(shù)滿足要求。所有選定的過(guò)電壓抑制裝置都可以達(dá)到最高電壓，吸收的能量還應(yīng)該達(dá)到系統(tǒng)的要求。（2）在三適用中，性能參數(shù)必須完全一致。交流三相使用中的容量、變阻器的性能參數(shù)應(yīng)完全一致，包括尺寸、外觀、其他，尤其是后期的使用置換，應(yīng)特別重視。（3）經(jīng)常停電檢查電容器，注意接線端子松動(dòng)和外殼變形。圖4-6接地電阻抑制后晶閘管過(guò)電壓3.5本章小結(jié)本章對(duì)風(fēng)電變流器過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)例研究，首先出現(xiàn)了質(zhì)疑現(xiàn)象，進(jìn)一步明確了動(dòng)作保護(hù)措施，接著對(duì)風(fēng)電變流器的這一過(guò)電壓保護(hù)現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，最后提出了風(fēng)電變流器過(guò)電壓保護(hù)的優(yōu)化對(duì)策。過(guò)電壓的保護(hù)措施5.1風(fēng)電變流器內(nèi)部過(guò)電壓保護(hù)外部輸電線路、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)等因素引起的過(guò)電壓是風(fēng)電變流器內(nèi)部過(guò)電壓的一部分。風(fēng)電變流器的內(nèi)部過(guò)電壓通常由手動(dòng)控制提供。具體保護(hù)方法包括：（1）防止電氣工程風(fēng)電變流器老化引起的過(guò)電壓。接地誤差容易引起器件電壓.因此，風(fēng)電變流器管理人員必須嚴(yán)格維護(hù)電氣工程風(fēng)電變流器，最大限度地減緩其老化，加強(qiáng)接地裝置的檢查和預(yù)防性維護(hù)。此外，相關(guān)的防雷風(fēng)電變流器和熄弧電壓應(yīng)根據(jù)單相正常電壓進(jìn)行調(diào)整，裝置內(nèi)接地電壓應(yīng)為正常電壓的0.8倍，以避免并有效減少單相接地造成的過(guò)電壓。（2）避免事故造成過(guò)大電壓。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，在一系列事故的影響下，系統(tǒng)電壓會(huì)突然升高，從而可能導(dǎo)致電氣工程風(fēng)電變流器過(guò)電壓。在這方面，需要改進(jìn)風(fēng)電變流器配置，例如切斷線路和電壓開(kāi)關(guān)，選擇帶并聯(lián)電容器的開(kāi)關(guān)以及盡可能為電壓感應(yīng)器選擇電容式電壓感應(yīng)劑，中性點(diǎn)通過(guò)電阻接地。5.2風(fēng)電變流器外部過(guò)電壓保護(hù)導(dǎo)致電氣工程風(fēng)電變流器外部過(guò)電壓的主要因素是雷擊等極端自然因素的影響。因此，為了防止和減少風(fēng)電變流器上的過(guò)電壓，可以采取以下保護(hù)措施：（1）不僅有效地減少了起爆裝置中的翻轉(zhuǎn)絕緣子數(shù)量，而且減少了雷電輸出裝置的數(shù)量，有效地保護(hù)了輸出裝置的路徑，有效降低了電氣工程風(fēng)電變流器斷開(kāi)的可能性，有效防止和減少風(fēng)電變流器過(guò)電壓。（2）室外風(fēng)電變流器裝有各種防雷裝置。為了減少雷擊對(duì)電氣工程風(fēng)電變流器運(yùn)行的不利影響，降低外部過(guò)電壓水平，風(fēng)電變流器管理人員還提供了各種防雷裝置，如GIS、防雷接地、電容器單元等。這些防雷裝置可用于電氣工程風(fēng)電變流器的集中保護(hù)，有效防止雷擊造成的過(guò)電壓。（3）至于變電站系統(tǒng)的避雷器，有25項(xiàng)應(yīng)變措施要求它每年在雷暴季節(jié)前后進(jìn)行有電流的交流試驗(yàn)，避雷針停電直流試驗(yàn)應(yīng)每三年進(jìn)行一次。工廠等建筑物的防雷裝置每年都要進(jìn)行檢查，整個(gè)工廠的接地網(wǎng)每年都要在線接地。必須嚴(yán)格遵守這些要求。5.3本章小結(jié)本章對(duì)風(fēng)電變流器過(guò)電壓保護(hù)方式從內(nèi)、外兩個(gè)角度進(jìn)行了分析，通過(guò)加強(qiáng)出線風(fēng)電變流器防護(hù)，在風(fēng)電變流器外安裝各種防雷保護(hù)裝置等措施，做好風(fēng)電變流器外過(guò)電壓防護(hù)做好主變壓器過(guò)電壓的防護(hù)工作，采用上述措施，可有效預(yù)防和減少電一次風(fēng)機(jī)過(guò)電壓的產(chǎn)生，因而有利于保證風(fēng)電變流器正常、穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)語(yǔ)風(fēng)電變流器對(duì)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定電壓有極高的要求。根據(jù)本文的研究，過(guò)電壓一般是由于電站自身產(chǎn)生的內(nèi)能、操作不當(dāng)以及外部環(huán)境因素等因素造成的。發(fā)生過(guò)電壓不僅會(huì)影響設(shè)備的工作質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，還會(huì)給員工及公司的安全造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，本文建議積極調(diào)查風(fēng)電變流器不受過(guò)電壓沖擊的保護(hù)措施，