一种用于风电箱变过电压防护装置

技术领域

本发明涉及风电过电压防护领域，尤其涉及一种用于风电箱变过电压防护装置。

背景技术

发展清洁能源已是世界各国的战略选择，而风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源。目前，风能主要的利用形式是风力发电。风电装备是风电产业的重要组成部分，风电箱变是风电产业发展的基础。而过电压保护装置作为风电箱变的重要保护设备，对保障风电箱变的正常运转，保证风能质量起到了举足轻重的作用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于风电箱变过电压防护装置，其要解决如何消除风电箱变过电压所带来的危害的技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：一种用于风电箱变过电压防护装置，其包括：碳化硅电阻组件、第一高能容氧化锌电阻组件以及第二氧化锌电阻组件，所述碳化硅电阻组件和所述第一高能容氧化锌电阻组件串联形成串联支路，所述第二氧化锌电阻组件与所述串联支路并联，所述第二氧化锌电阻组件的电压阈值大于所述第一高能容氧化锌电阻组件的电压阈值。

前述的用于风电箱变过电压防护装置中，更进一步地，所述碳化硅电阻组件由多片碳化硅电阻片串联而成，所述第一高能容氧化锌电阻组件以及所述第二氧化锌电阻组件均由多片氧化锌电阻片串联而成。

前述的用于风电箱变过电压防护装置中，更进一步地，所述用于风电箱变过电压防护装置还包括分别用于安装固定所述碳化硅电阻片以及氧化锌电阻片的安装基座组件。

前述的用于风电箱变过电压防护装置中，更进一步地，所述用于风电箱变过电压防护装置还包括用于检测所述用于风电箱变过电压防护装置的工作状态的监测组件。

前述的用于风电箱变过电压防护装置中，更进一步地，所述用于风电箱变过电压防护装置还包括用于为所述监测组件提供电能的电压互感器。

本发明的有益效果是：本发明的用于风电箱变过电压防护装置，通过将碳化硅电阻组件和第一高能容氧化锌电阻组件串联形成串联支路，再与第二氧化锌电阻组件并联，并连接在风电箱变器与地面之间，根据碳化硅电阻与氧化锌电阻的性质，将碳化硅电阻组件和第一高能容氧化锌电阻组件串联形成串联支路，能够使碳化硅电阻组件与第一高能容氧化锌电阻组件优势互补，既把内部过电压钳制在较低水平又保护氧化锌电阻组件的工作安全；同时，将串联电路与高电压阈值的第二氧化锌电阻组件并联，能够钳制并联电路两端的瞬时大电流诸如雷电外部过电压，从而消除风电箱变的外部过电压危害。

附图说明

图1是碳化硅电阻片和氧化锌电阻片及其串联的伏安特性曲线图；

图2是碳化硅电阻片和氧化锌电阻片串并联的伏安特性曲线图；

图3、图4是氧化锌电阻片热崩溃形成原理图；

图5是根据本发明的一个实施例的用于风电箱变过电压防护装置的原理图的示意图；

图6是图5的电阻组件的示意图；

图7是图6的电阻组件的右视图的示意图。

图中标号含义如下：

1-紧固轴件；2-支撑件；3-碳化硅电阻片；11-碳化硅电阻组件；12-第一高能容氧化锌电阻组件；13-第二氧化锌电阻组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于风力发电的特殊性，风电箱变常常遭受外部过电压以及内部过电压的侵害。外部过电压主要包含有直击雷过电压、感应雷击过电压和侵入雷电波过电压等，其特点是持续时间短暂，放电时间一般为数十微秒;冲击性强，放电电流能达到几千安甚至几百千安。内部过电压主要是由于操作、事故或其他原因，引起系统的状态发生突然变化，出现的从一种稳定状态转变为另一种稳定状态的过渡过程。在这个过程中，系统内电磁能如不能得到有效的释放和吸收，将会产生振荡和积聚，并可能对系统造成过电压的危害。此外，内部过电压的持续时间，少则几十毫秒，多则几十分钟，从而对风电箱变的释压产生严峻的考验。

目前，现有的避雷器多为由氧化锌材料制成的电阻阀片构成。而氧化锌电阻片的伏安特性曲线具有硬特性，如图1中的曲线1所示，即导通电压随电流变化较小；并且，氧化锌非线性电阻会随着温度的升高而造成阻值降低，即氧化锌非线性电阻具有负阻特性，负阻特性容易导致氧化锌电阻产生热崩溃。其热崩溃形成机理如下：如图3所示，氧化锌非线性电阻在制作过程中，电阻片中难免存在不均匀性，比如电阻片在某个内部区域中的电阻Rt相对其他区域偏小，因此氧化锌非线性电阻片在放电工作过程中，如图4所示，不均匀的电阻片吸收的能量相对较大，其温升t相对升高，其阻值Rt变小，而此时电阻片两端的电压基本保持不变，进一步使流经该电阻片的电流增大，如此循环往复，最终导致氧化锌非线性电阻的热崩溃。所以，现有的氧化锌避雷器不具备续流能力，只能承受微秒级的电流冲击，无法承受持续时间长的内部过电压的冲击。故，氧化锌避雷器对过电压的保护存在盲区，不能对风电箱变过电压实现全防护。

针对上述问题，申请人在研究过程中发现，由碳化硅材料制成的碳化硅电阻片，其伏安特性曲线具有软通特性, 如图1中的曲线2所示，即导通电压随电流的变化而变化。当氧化锌电阻片和碳化硅电阻片串联时，两者的伏安特性曲线如图1中的曲线3所示，即当电路中的电压超过的氧化锌电阻片电压阈值时，串联支路的电流导通。但由于碳化硅电阻片自身的特性，电路中的电流增大时，会使碳化硅电阻片两端的电压随着增大，从而分担氧化锌电阻片两端的电压，使流过氧化锌电阻片的过流电压维持在安全的范围内，保证氧化锌电阻片的安全，实现了氧化锌电阻片和碳化硅电阻片之间的优势互补，既有效释放内部过电压能量，又实现了对氧化锌阀片的保护，从而承受长时间的过电压的冲击。此外，将氧化锌电阻片和碳化硅电阻片的串联后,再与另一氧化锌电阻片进行并联时，能够得到图2中的实线曲线5，即并联支路的氧化锌电阻片能够钳制电路两端的电压，从而抑制因遭遇到雷击等外部过电压时两端残压过高，进而实现对风电箱变的全防护。

其方案通过以下实施例进行进一步说明：

如图5、6所示，所述用于风电箱变过电压防护装置包括：碳化硅电阻组件11、第一高能容氧化锌电阻组件12以及第二氧化锌电阻组件13，所述碳化硅电阻组件11和所述第一氧化锌电阻组件12串联形成串联支路，所述第二氧化锌电阻组件13与所述串联支路并联，所述第二氧化锌电阻组件13的电压阈值大于所述第一高能容氧化锌电阻组件12的电压阈值。所述碳化硅电阻组件11由多片碳化硅电阻片3串联而成，所述第一氧化锌电阻组件12以及所述第二氧化锌电阻组件13均由多片氧化锌电阻片串联而成。

其中，碳化硅电阻片3由碳化硅等多种原料通过特殊工艺烧结而成的高能容阀片，氧化锌电阻片由氧化锌等多种原料通过特殊工艺烧结而成。

在本实施例中，将碳化硅电阻组件11与第一高能容氧化锌电阻组件12串联形成串联支路后，再与第二氧化锌电阻组件13并联，并将串并联电路连接风电箱变与地面，由于第二氧化锌电阻组件13的电压阈值高于第一高能容氧化锌电阻组件12的电压阈值，故，当风电箱变内部产生操作过电压时，首先导通电路中的串联支路，使碳化硅电阻组件11与第一高能容氧化锌电阻组件12串联导通电路，所以，此时碳化硅电阻组件11与第一高能容氧化锌电阻组件12组成的导通电路，即能够释放风电箱变的内部过电压能量，又实现对第一高能容氧化锌电阻组件12的保护，防止内部过电压持续时间过长而导致第一高能容氧化锌电阻组件12产生热崩溃。而当风电箱变遭受外部过电压时，串并联电路中的串联支路和第二氧化锌电阻组件13支路同时导通，通过第二氧化锌电阻组件13对瞬时大电流残压的抑制作用，保证串并联电路两端的电压处于安全范围内，从而达到对风电箱变的外部过电压防护。

需要说明的是，由碳化硅电阻组件11、第一高能容氧化锌电阻组件12以及第二氧化锌电阻组件13组成的串并联电路可通过连接开关与风电箱变电连接。

如图6、7所示，所述用于风电箱变过电压防护装置还包括分别用于安装固定所述碳化硅电阻片3以及氧化锌电阻片的安装基座组件。

其中，在本实施例中，安装基座组件包括紧固轴件1和支撑件2。在本实施例中，碳化硅电阻片3以及氧化锌电阻片为轴心带有通孔的圆盘构件。紧固轴件1通过电阻片上的轴心通孔将多片相同材质的电阻片串接在一起，形成单个电阻组件，如碳化硅电阻组件11通过紧固轴件1串联多个碳化硅电阻片3而形成。故，碳化硅电阻组件11、第一高能容氧化锌电阻组件12以及第二氧化锌电阻组件13均可根据实际电压阈值需要，串联多个电阻片，形成电阻组件，以满足不同过电压防护等级的需要。

在本实施例中，支撑件2支撑在紧固轴件1的两端，防止碳化硅电阻片3与安装座直接接触。

此外，所述用于风电箱变过电压防护装置还包括用于检测所述用于风电箱变过电压防护装置的工作状态的监测组件。所述用于风电箱变过电压防护装置还包括用于为所述监测组件提供电能的电压互感器。

其中，监测组件包括用于监测各电路两端电压的电压监测器以及用于监测各电路电流的电流监测器。

在其他一些实施例中，监测组件还包括用于监测电路过电压并发出预警的过电压警报器，当过电压超过预定值时，过电压警报器发出预警，方便操作人员及时排除故障。

在本发明的描述中，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。