风电机组电气元件讲解(原版)

风电机组电气元件基础李宝强齐心营风电场风电机组常用电气元件•断路器•接触器•热继电器•熔断器•防雷模块•超速模块•振动传感器•编码器•电源模块•测温元件（PT100）•行程开关•接近开关•扭缆开关•航标灯•风向标•风速仪•环滑•PLC系统塔底柜UPS控制器（主站）光电转换器塔底从站温控开关机舱柜机舱从站光电转换器机舱从站（22）24V开关超速模块UPS断路器断路器是指能接通、承载和分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。它主要用于对电路出现短路电流的保护，当电路中出现短路时，立即断开电路，保护负载的安全。断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，我们用到最多的是低压断路器又称自动开关，俗称“空气开关”，它有以下几个基本特性：断路器（续）保护定值常开常闭反馈触电NO常开NC常闭常开常闭反馈触电额定电压(Ue)：是指断路器在正常(不间断的)的情况下工作的电压。额定电流(In)：是指配有专门的过流脱扣继电器的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限承受的最大电流值。脱扣电流整定值(Im)：短路脱扣继电器(瞬时或短延时)用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸。其跳闸极限就是脱扣电流整定值Im。（技能大赛考点）额定短路分断能力(Icu或Icn)：断路器的额定短路分断电流是断路器能够分断而不被损害的最高(预期的)电流值(额定短路分断能力Icn，额定极限短路分断能力Icu)。断路器（续）常开常闭反馈触电两个常开反馈看图识别两个触电的长短不同外侧是13,14里侧是23,24区别在于无过流定值保护，只有短路保护断路器（续）断路器（续）瞬时脱扣机构（过电流脱扣器）原理瞬时脱扣机构由磁轭、线圈、铁心、特性弹簧等组成，正常工作时，线圈通过小于等于额定电流的工作电流，线圈产生了磁场，磁场通过磁轭和脱扣铁心形成闭合磁路通道，脱扣铁心在该磁场作用下产生一个往左动作的力，如果没有特性弹簧的阻力，铁心将往左动作，因特性弹簧的阻力，铁心并不动作。当线圈通过的电流大于某个设定值，铁心产生的动作力便大于特性弹簧的阻力，于是铁心动作，带动跳扣动作，断路器便跳闸了。断路器（续）长延时整定机构（过载脱扣器）原理机构中，主要的零件是双金属片，其原理是，空气开关不通电时，双金属片为原始状态；通电后，双金属片因本身电阻作用而开始发热，因发热造成双金属片变形，变形的大小和双金属片温度成正比，而双金属片的温度如果排除环境温度的影响后又和空气开关通过的电流成正比，因此，双金属片的变形程度在某种程度上直接反映了空气开关通过电流的大小，当通过电流超过某一设定值时，变形的双金属片带动杠杆机构使跳扣动作，从而使空气开关跳闸。断路器（续）灭弧栅的作用•断路器在分断时，因为大电流和高电压的作用，一定会在触头上产生电弧现象，就像我们平时看到的电焊机焊接时，焊条从被焊接金属上离开时所产生的电弧一样，如果这个焊弧不能被及时熄灭，触头同样将会产生焊接过程，灭弧珊在这里所起的作用就是将电弧熄灭。•灭弧栅的固定片材料既要有一定强度、又要阻燃，一般来说灭弧栅片数越多，越有利于灭弧，同时因为灭弧栅金属越重，电弧的冷却效果就越好，电弧被冷却后就不能继续燃烧了灭弧越明显。接触器•接触器是指工业电路中利用线圈流过电流产生磁场，磁场力推动触头动作使触头闭合，以达到控制负载运行的电器元件。小电压控制大电压主触点辅助触点线圈24V控制230V接触器接触器KL2134数字量输出403DO4卡件位置332K5接触器编号219页主触点332K5线圈24V常开辅助触点增加辅助触点接触器DILMC12–10(230V50Hz)产品类别PKZ马达保护断路器DIL接触器Z过载继电器型号类别A接触器式继电器M接触器H重载接触器P4-极接触器K切换电容接触器线圈电压如:230V50HZ,240V60HZRDC60(宽电压范围48-60VDC)接线方式(可选择)如果不用螺钉C弹簧接线辅助触头(可选择)附加的或产品本身自带额定工作电流/脱扣电流双星形／三角形接法的双速电动机的控制线路。1、双速电动机的定子绕组联接双星形／三角形接法的电动机共有六个出线端，改变这六个出线端与电源的连接方式，就可以得到两种不同的转速。双速电动机六个引出端的新符号为：U1、V1、W1、U2、V2、W2；对应的旧符号为：D1、D2、D3、D4、D5、D6。当电动机需要低速工作时，三相电源L1、L2、L3分别接U1、V1、W1，其余三个出线端空着不接。此时电动机接成三角形，磁极为八极，电动机的实际转速大约每分钟710转左右；当电动机需要高速运转时，三相电源分别接在U2、V2、W2三个出线端上，其余三个出线端短接。磁极为四极，电动机转速为每分钟1450转左右。•热继电器：热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护。热继电器热继电器（续）热继电器中的关键零件是热元件，热元件是由两种热膨胀系数不同的金属片铆接在一起而制成的，又叫作双金属片（铁镍合金）。它受热后，两片金属皆要膨胀，但一片膨胀得快，另一片膨胀的慢，当双金属片受热时，会出现弯曲变形，形成一个弧线，外弧是膨胀的快的金属片，内弧则是膨胀得慢的金属片。热继电器（续）热元件传动机构常闭触头常开触头过载前过载后热继电器（续）热继电器（续）手动复位和自动复位所谓的手动Man，就是过载保护后产品不会自动复位（不恢复正常状态，保持动作状态）；所谓的自动Aut就是过载保护后，产品动作，过一段时间冷却后又恢复到原始状态。过载电流调节旋钮旋到RO位置，当按下复位按钮时，热继电器的常闭触点就会变成常开；旋到R位置，按下复位按钮，常闭触点仍是常闭，这时复位按钮的作用只是复位。热继电器（续）控制回路主回路熔断器：熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。熔断器根据使用电压可分为高压熔断器和低压熔断器。根据结构可分为敞开式、半封闭式、管式和喷射式熔断器。熔断器熔断器（续）熔断器的主要技术参数①额定电压：熔断器的额定电压是指熔断器长期工作时和分断后所能够承受的电压值。②额定电流：熔断器的额定电流是指熔断器长期工作时，各组成部件的温升不超过规定值时所能承受的电流强度。③极限分断能力：熔断器的极限分断能力是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能够分断的最大短路电流值。熔断器（续）型号及含义：熔断器的图形及文字符号熔断器的额定电流是在一般环境温度下，熔断器外壳和载流部分长期允许通过的最大工作电流。熔体的额定电流是熔体允许长期通过而不熔化的最大电流。熔体的额定电流不应大于熔断器的额定电流。熔断器（续）熔断器的安秒特性熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间就较短。而电流较小时，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断。因此对熔体来说，其动作电流和动作时间特性即熔断器的安秒特性，为反时限特性。熔断器（续）熔断器的种类主要有：①插入式熔断器②无填料封闭管式熔断器③有填料封闭管式熔断器④螺旋式熔断器⑤自复式熔断器熔断器（续）插入式熔断器插入式熔断器主要应用于额定电压380V以下的电路末端，作为供配电系统中对导线、及电气设备（如电动机、负荷电器）以及220V单相电路（例如民用照明电路及电气设备）的短路保护电器。熔断器（续）导线引入端口熔断器（续）无填料封闭管式熔断器主要应用于经常发生过载和断路故障的电路中，作为低压电力线路或者成套配电装置的连续过载及短路保护。有填料封闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器主要用在断路电流大的电力电网和配电设备中，是在熔断管内添加灭弧介质后的一种封闭式管状熔断器。有填料封闭管式熔断器内添加的灭弧介质在目前广泛使用的是石英砂。石英砂具有热稳定性好、熔点高、热导率高、化学惰性大和价格低廉等优点。熔断器（续）2020/2/2333连接片熔断器盖保护套垫圈熔断器元件(熔体)石英砂内盖熔断器结构无填料封闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器熔断器（续）熔断器（续）螺旋式熔断器主要应用于交流电压380V电流强度200A以内的电力线路和用电设备中作短路保护。特别是在机床电路中应用的比较广泛。螺旋式熔断器熔断器（续）螺旋式熔断器熔断器（续）自复式熔断器（PTC聚合物）是一种采用气体、超导体或液态金属钠等作熔体的限流元件。在故障短路电流产生的高温下，使熔体瞬间呈现高阻状态，从而限制了短路电流。当故障消失后，温度下降，熔体又自动恢复原来的低阻导电状态。自复式熔断器具有限流作用显著、动作时间短、动作后不必更换熔体、能反复使用、能实现自动重合闸等优点。自复式熔断器熔断器（续）户外跌落式熔断器用于交流50Hz额定电压为10kV、35kV等的电力系统中，作输电线路和电力变压器的短路和过负荷保护。可以与负荷开断操作勾棒配合，切合空载变压器，空载线路及负荷电流。具有重量轻、结构简单、耐污性能强，安装方便等优点。熔断器（续）①熔断器的类型应根据线路的要求、使用场合以及安装条件进行选择；②熔断器的额定电压必须等于或者高于其所在工作点的电压；③熔断器的额定电流应根据被保护的电路及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必须等于或者高于所安装的熔体的额定电流；④熔断器的额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流值；⑤熔断器的选择需考虑在同一电路网络中与其他配电电器、控制电器之间的选择性级差配合的要求。上一级熔断器熔体的额定电流应比下一级熔断器熔体的额定电流大1～2个级差。熔断器选用与维护熔断器（续）⑥熔体额定电流的选择：A.对于只有很小或者没有冲击电流的负载电路的保护，熔体的额定电流应等于或者稍大于被保护的电路的工作电流，即：IFU≥I。B.对于电动机类负载，必须考虑启动冲击电流的影响来选择熔体的额定电流值，即：IFU≥（1.5-2.5）IＮ。C.对于多台电动机由一个熔断器保护时，熔断器熔体额定电流的选择应按下式计算：IFU≥（1.5-2.5）INMAX+∑IＮ式中INMAX为容量最大的一台电动机的额定电流；∑IＮ为其余电动机额定电流的总和。D.降压启动的电动机所选用的熔断器熔体的额定电流可以等于或稍大于电动机的额定电流。防雷模块是防雷器的一种，做成模块状，卡在配套的底座上，其底座通常是安装在导轨上的。其工作原理是:在正常的工作电压下防雷器电阻值很大，相当于绝缘状态，当有雷电发生时，会在金属线路中产生很高的电压，在这种高冲击电压作用下，防雷器会在纳秒（ns）级呈低值被击穿，相当于短路状态。有些防雷器被击状态，是可以恢复的；当高于防雷器的导通电压撤销后，它又恢复了高阻状态。当雷击时，雷电波的高电压使防雷器击穿，雷电流通过防雷器流入大地，使电路上的电压控制在安全范围内，因此，它可以保护电器设备的安全。防雷模块防雷指示绿色为正常，红色为失效防雷模块（续）超速模块用于监测风电机组的叶轮转速，当转速超过设定值后给系统报警断开安全链保护机组。它的内部配接双通道光电编码器（雷奥LE2132每转产生2048个脉冲）来采集脉冲信号的频率，并换算为转动速度。当某通道被测转动速度超过设定值时（该值可通过改变模块接线端子连线来选择）通道继电器（Relay）断开，风电机组安全链保护动作。同时该模块两个通道均提供0-10V模拟输出,可连接到主控制器上，用于系统监测、记录等。超速模块超速模块（续）超速模块（续）Speed1Speed2转速Speed1Speed2安全链振动传感器又称加速度传感器，是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。我们机组