盛麗萍

安科瑞電氣股份有限公司    上海嘉定  201801

摘要：隨著全球變暖的加劇

，經濟發展所帶來的環境保護問題越來越突出，中國也相應地製定了“碳達峰、碳中和”mubiao，fazhanqingjienengyuanyishibiyaodetujing。jinjinian，fenglifadianjidanjirongliangbuduanzengjia，anzhuangdidianyeconglushangfazhandaolehaishang，zhenduihaishangdarongliangfengdianjizutichuleyizhongxindebaohufangan，gaibaohufanganshijianghuguangchuanganqijidianliuceliangzongheyingyongyuhaishangfenglifadianjidebaohuzhongqu
，tichuledanpanjuheshuangpanjufangan
，tigaolehaishangfengdianjizuyunxingdeanquanxing。benwenzhuyaotongguoduifenglifadianjishudeyanjiuhefenxi，jinerduidianhuguangbaohuzaifenglifadianjizhongdeyingyongjinxingjidianjianyitichu。

關鍵詞：電弧光，保護
，風力發電機，應用

1. 風力發電係統類型

1.1 依據機組容量劃分

風力發電係統如果是依照機組的容量進行劃分，一般可以分為四種類型，這四種類型的容量也存在一定的差異性。第一種：小型機組。這種類型的機組容量一般在0.1～1kW。第二種：中型機組。這種類型的機組容量一般在1～1000kW。第三種：大型機組。這種類型的機組容量一般在1～10MW。第四種：巨型機組。這種類型的機組容量一般在10MW以上。

1.2 依據發電機運行特征及控製方式劃分

ruguoshiyizhaofadianjideyunxingtezheng，huozheshiyizhaofadianjidekongzhifangshi，laijinxinghuafen，yibannenggoufenweiliangzhong。diyizhongshibiansuhengpinfenglifadianxitong。zhezhongxitongdefengliji，qizhuansuyibanshinenggoujinxingtiaojiede，bingqienenggoucongyidingchengdushangheliliyongfengnenglaitishengxitongdefadianlv。dierzhongshihengsuhengpinfenglifadianxitong。zhezhongxitongzaidangjinshiqishiyongdebijiaoshao，zheyileixingdexitongsuiranshiyongqilaibijiaobianjie，danshi

，duiyufengnengdeliyonglvyibanbijiaodi，qiefadianlvwangwangyebugao，cunzaiyidingdebuzu。

1.3 運行方式分類

依yi照zhao風feng力li發fa電dian的de運yun行xing方fang式shi來lai進jin行xing分fen類lei
，一yi般ban可ke以yi分fen為wei兩liang種zhong類lei型xing。首shou先xian，是shi並bing網wang型xing風feng力li發fa電dian係xi統tong。這zhe種zhong係xi統tong和he一yi般ban的de發fa電dian模mo式shi相xiang同tong，一yi般ban需xu要yao利li用yong大da電dian網wang來lai提ti升sheng對dui風feng能neng的de利li用yong率lv。其qi優you勢shi是shi費fei用yong較jiao低di，在zai當dang前qian這zhe一yi時shi期qi中zhong是shi比bi較jiao常chang見jian的de。其qi次ci
，是shi離li網wang型xing風feng力li發fa電dian係xi統tong。這zhe種zhong發fa電dian係xi統tong一yi般ban是shi獨du立li運yun行xing的de，並bing且qie這zhe一yi係xi統tong的de容rong量liang比bi較jiao小xiao。在zai一yi般ban的de城cheng鄉xiang公gong路lu中zhong會hui比bi較jiao常chang見jian此ci種zhong係xi統tong。

1. 弧光保護原理

2.1電弧光的產生

電(dian)弧(hu)光(guang)是(shi)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)的(de)最(zui)終(zhong)形(xing)式(shi)。當(dang)圍(wei)繞(rao)氣(qi)體(ti)原(yuan)子(zi)的(de)電(dian)子(zi)被(bei)電(dian)離(li)為(wei)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)後(hou)，稱(cheng)為(wei)遊(you)離(li)的(de)自(zi)由(you)電(dian)子(zi)，並(bing)在(zai)外(wai)界(jie)因(yin)素(su)或(huo)較(jiao)高(gao)電(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)向(xiang)外(wai)輻(fu)射(she)電(dian)磁(ci)波(bo)，這(zhe)種(zhong)在(zai)放(fang)電(dian)通(tong)道(dao)周(zhou)圍(wei)向(xiang)外(wai)輻(fu)射(she)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)就(jiu)是(shi)電(dian)弧(hu)光(guang)。根(gen)據(ju)相(xiang)關(guan)文(wen)獻(xian)，電(dian)弧(hu)光(guang)的(de)能(neng)量(liang)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)300～400nm的紫外光波段和500～600nm的可見光波段
，中心波長分別約為330nm和530nm，並且，電弧光具有在紫外光波段的能量大於其在可見光能量的趨勢。

2.2弧光傳感器

huguangchuanganqishiyizhongguangganyingyuanjian。dangfashengduanluchanshenghuguangshi，guangdeqiangdujiangturanzengjia，huguangchuanganqineidianziyuanjianjiuhuijiangguangxinhaozhuanhuanweidianxinhao，tongguozhuanyongguangxianjiangguangxinhaochuansonggeihuguangcaijidanyuanhuohuguangbaohudanyuan，guangdianzhuanhuanzaihuguangcaijidanyuanhuohuguangbaohudanyuanwancheng，congerduihouxudedongzuozuochupanjuzhicheng。huguangchuanganqiyingjuyoukangganraonengliqiang、光學計量精度準確
、可靠性高等特點。

2.3快速性保護

電弧光故障的危害程度取決於電弧光電流的大小及切除時間長短，電弧光產生的能量I2t與切除時間T成指數規律快速上升
，如圖1所示。從圖1可以看出
，電弧燃燒持續時間超過100ms，所釋放的能量開始急劇增加，接著各種故障效應會對開關設備的電纜、銅排等造成嚴重損壞，超過200ms，qinengliangyidadaoguitiranshaojibie，suoyibaohudongzuoshijianyuekuaiyuehao。yaobaozhengshebeibushoujiegouxingsunshang，bixujinliangsuoduanqiechushijian
，genjuxiangguanbiaozhun，chunhuguangtiaozhashijianxiaoyu10ms，帶電流雙重判據的動作時間小於20ms。

圖1電弧光的危害示意圖

3.弧光保護在風電中的應用

風力發電用電弧光保護裝置安裝在塔基控製櫃內


，主要由主控單元和弧光傳感器等幾部分組成，主控單元用於管理
、控製整套電弧光保護係統，通過檢測弧光和電流增量信號
，並對收到的單個信號或2種信號進行處理

、判(pan)斷(duan)
，弧(hu)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)中(zhong)壓(ya)開(kai)關(guan)櫃(gui)及(ji)塔(ta)基(ji)變(bian)頻(pin)器(qi)內(nei)部(bu)。在(zai)滿(man)足(zu)跳(tiao)閘(zha)條(tiao)件(jian)時(shi)
，發(fa)出(chu)跳(tiao)閘(zha)指(zhi)令(ling)以(yi)切(qie)除(chu)故(gu)障(zhang)。弧(hu)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)先(xian)將(jiang)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)弧(hu)光(guang)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)給(gei)弧(hu)光(guang)采(cai)集(ji)單(dan)元(yuan)，弧(hu)光(guang)采(cai)集(ji)單(dan)元(yuan)再(zai)通(tong)過(guo)光(guang)纖(xian)信(xin)號(hao)反(fan)饋(kui)給(gei)主(zhu)控(kong)單(dan)元(yuan)。

3.1總體結構設計

在風力發電機箱變高壓側、低壓側、變頻器內部分別單一布置弧光傳感器，稱之為單判據；ruozaibuzhihuguangchuanganqidetongshi，yibingzaibianpinqineibubuzhiceliangdianliudehuganqi
，huguangzhuangzhizhukongdanyuanjiangjieshoudaodehuguangchuanganqixinhaojidianliudezengliangxinhaotongshijinxingpanduan，renyiyixiangdianliudezengliangyijihuguangchuanganqixinhaobeichufa，zehuguangzhukongdanyuanxiangzhongyakaiguanguifasongqiechuzhiling

，shifenglifadianjikuaisuqiechudianwang
，zhezhongfangshichengzhiweishuangpanju。

3.2電流監測

采用電流互感器實現對變頻器內進線或出線電流的測量

，電流互感器主要是用來將交流電路中的大電流轉換為一定比例的小電流（中國的國家標準為5A），以供測量和繼電保護之用；同時使測量
、保(bao)護(hu)和(he)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)與(yu)高(gao)電(dian)壓(ya)隔(ge)離(li)。在(zai)使(shi)用(yong)時(shi)，它(ta)的(de)原(yuan)線(xian)圈(quan)應(ying)與(yu)待(dai)測(ce)電(dian)流(liu)的(de)負(fu)載(zai)線(xian)路(lu)相(xiang)串(chuan)聯(lian)，副(fu)邊(bian)線(xian)圈(quan)則(ze)與(yu)電(dian)阻(zu)接(jie)成(cheng)閉(bi)合(he)回(hui)路(lu)，工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)同(tong)變(bian)壓(ya)器(qi)類(lei)似(si)，但(dan)具(ju)體(ti)選(xuan)型(xing)需(xu)要(yao)區(qu)分(fen)是(shi)為(wei)了(le)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)還(hai)是(shi)為(wei)了(le)用(yong)於(yu)保(bao)護(hu)。保(bao)護(hu)設(she)備(bei)要(yao)根(gen)據(ju)被(bei)測(ce)線(xian)路(lu)特(te)點(dian)選(xuan)型(xing)

，最(zui)後(hou)主(zhu)要(yao)從(cong)電(dian)流(liu)比(bi)和(he)容(rong)量(liang)考(kao)慮(lv)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)參(can)數(shu)。風(feng)力(li)發(fa)電(dian)機(ji)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)放(fang)置(zhi)在(zai)中(zhong)壓(ya)開(kai)關(guan)櫃(gui)櫃(gui)體(ti)進(jin)線(xian)電(dian)纜(lan)處(chu)
，共(gong)安(an)裝(zhuang)有(you)3個電流互感器
，分別測量A相
、B相
、C相電流
，電流互感器將測量到的電流值傳送給弧光主控單元。

3.3主控單元功能設計

弧光裝置的主控單元除了完成弧光傳感器和電流互感器的信號邏輯處理之外，還應滿足以下功能：①具有自檢功能，包括裝置硬件故障、軟件故障
、弧光傳感器異常等自檢

，當裝置檢測到本身故障時

，發出告警信號
，同時閉鎖整套保護
；②具備運行、裝置異常等狀態指示；③具有時間、定值、配置
、采集量
、動作等信息顯示，並有事件記錄
、操作記錄查詢功能；④通訊功能
，支持RS485、以太網，滿足MODBUS規約或IEC60870-5-103

、104通訊規約等。

4風力發電機組的控製

4.1定槳距控製技術

定(ding)槳(jiang)距(ju)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)在(zai)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)設(she)備(bei)的(de)輪(lun)轂(gu)上(shang)固(gu)定(ding)好(hao)葉(ye)片(pian)，如(ru)果(guo)葉(ye)片(pian)出(chu)現(xian)失(shi)速(su)
，便(bian)可(ke)以(yi)對(dui)功(gong)率(lv)的(de)最(zui)大(da)值(zhi)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，以(yi)實(shi)現(xian)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)質(zhi)量(liang)控(kong)製(zhi)的(de)目(mu)的(de)，而(er)這(zhe)便(bian)是(shi)定(ding)槳(jiang)距(ju)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)。該(gai)項(xiang)技(ji)術(shu)來(lai)自(zi)丹(dan)麥(mai)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)技(ji)術(shu)
，運(yun)用(yong)的(de)是(shi)槳(jiang)葉(ye)翼(yi)型(xing)失(shi)速(su)理(li)論(lun)，能(neng)夠(gou)使(shi)氣(qi)流(liu)攻(gong)角(jiao)在(zai)額(e)定(ding)的(de)風(feng)速(su)上(shang)促(cu)使(shi)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)達(da)到(dao)特(te)定(ding)值(zhi)，渦(wo)流(liu)便(bian)可(ke)以(yi)在(zai)槳(jiang)葉(ye)表(biao)麵(mian)出(chu)現(xian)，而(er)且(qie)可(ke)降(jiang)低(di)效(xiao)率(lv)
，以(yi)實(shi)現(xian)限(xian)製(zhi)功(gong)率(lv)的(de)目(mu)的(de)。定(ding)槳(jiang)距(ju)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)被(bei)世(shi)界(jie)上(shang)諸(zhu)多(duo)先(xian)進(jin)的(de)製(zhi)造(zao)商(shang)所(suo)使(shi)用(yong)，生(sheng)產(chan)出(chu)很(hen)多(duo)大(da)型(xing)的(de)風(feng)電(dian)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)設(she)備(bei)

，在(zai)行(xing)業(ye)內(nei)的(de)使(shi)用(yong)率(lv)高(gao)達(da)70%。

4.2變槳距控製技術

變槳距控製技術所具備的變槳距風電機組調節功能，實現途徑是縱向軸心葉片的變化結果[6-8]。關於這一領域，可以對Vestas公司的風力機進行研究。該技術調節階段分為三個階段：（1）diyigejieduanshikaijiyunxing。bianjiangjufengdianjizudefenglijiruguozhengchuyuyunxingzhuangtai，duiyudingjiangyejiejujiaojisuanjiangzhujianzhankai，cishixuyaojiangjiejujiaojinxingtiaozheng，ruguoyijingdadaole0.5倍額定轉速
，則需要全麵調整節距角
，使其處於合適的角度位置，這樣才能夠使風力機處於可控的轉速狀態，完成並網發電功能。（2）進(jin)入(ru)到(dao)第(di)二(er)階(jie)段(duan)，此(ci)時(shi)風(feng)速(su)低(di)於(yu)額(e)定(ding)風(feng)速(su)，其(qi)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)完(wan)全(quan)取(qu)決(jue)於(yu)槳(jiang)葉(ye)的(de)氣(qi)動(dong)性(xing)能(neng)。根(gen)據(ju)風(feng)速(su)的(de)大(da)小(xiao)
，調(tiao)整(zheng)發(fa)電(dian)機(ji)轉(zhuan)差(cha)率(lv)
，使(shi)其(qi)盡(jin)量(liang)運(yun)行(xing)在(zai)最(zui)佳(jia)葉(ye)尖(jian)速(su)比(bi)，以(yi)優(you)化(hua)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)。（3）jinrudaodisanjieduan，gonglvruguonenggouyuedinggonglvbaochiyizhi，xitongjiangzhujiankaishiwendingdeyunxing，zhegeshihouyaoduishuchugonglvjinxingtiaojie，ruguoshuchugonglvdayuedinggonglv
，zexuyaoduijiangyejiejujiaojinxingtiaozheng。yibaneryan
，ruguofenglifadianjizurongliangchaoguole750kW則可以使用變槳距調節技術
，如果不足750kW
，則可以使用定槳距失速調節技術。

5安科瑞 ARB5係列弧光保護的原理及係統組成

弧光保護裝置通過弧光+電流突變量雙重判據或弧光單判據啟動保護

，其動作時間為

弧光單判據動作時間≤7ms


；弧光+電流雙判據時間≤20ms。

   ARB5係列弧光保護裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴展單元

、ARB5-S弧光探頭、弧光光纖以及尾纖等配件構成。

7、結語

電dian弧hu光guang產chan品pin在zai風feng力li發fa電dian機ji上shang的de應ying用yong才cai剛gang剛gang起qi步bu，能neng夠gou較jiao好hao地di對dui風feng力li發fa電dian機ji中zhong的de電dian弧hu光guang及ji過guo流liu現xian象xiang進jin行xing及ji時shi告gao警jing和he切qie斷duan斷duan路lu器qi保bao護hu，有you效xiao地di避bi免mian了le風feng力li發fa電dian機ji起qi火huo等deng嚴yan重zhong事shi故gu，後hou續xu可ke以yi結jie合he氣qi溶rong膠jiao等deng相xiang關guan的de消xiao防fang係xi統tong產chan品pin，進jin行xing更geng加jia完wan善shan的de保bao護hu。

參考文獻：

1. 王海，電弧光保護在風力發電機中的應用研究
2. 劉立忠，柴衛軍，鄭小翠.基於電子傳感技術的低壓開關櫃弧光保護方法［J］.自動化與儀表，2020
   
   ，35（12）：98-102.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版．

[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10

作者簡介：

盛麗萍，女
，現任職於安科瑞電氣股份有限公司
，主要從事電力監控係統的研發與應用。