框架断路器在风电行业中的应用

    框架断路器和接触器是并网柜的核心元器件，而并网柜则是变流器柜的重要组成部分。变流器柜在风机整装的所有部件中扮演着十分重要的角色，它集控制、数据采集、逆变和并网于一体，诠释了核心控制柜的意义。当今风电机组按照结构特点，主要分为双馈感应式异步发电机（简称双馈式）和永磁直驱同步发电机（简称直驱型）两类。因系统要求不同，并网断路器在这两种机型中的实际应用也有所不同。

1 双馈型应用

    目前市场上绝大多数机型都为双馈型应用，本文也将着重讨论该应用。双馈机型采用部分功率变换，由变流器来调节馈入转子绕组电流，当转子处于超同步或者亚同步时都能向电网馈送发电。其典型系统原理图见图1。

    当系统中出现较大的短路故障电流时，要求能够快速分断电流，最大限度保护设备，减少短路大电流对变流器、发电机、接触器等重要设备的损害。施耐德电气NT/NW系列框架断路器采用独特设计，提高了产品的可靠性，能够应对系统处于各种极限状态的挑战。该设计已获得了多项专利技术。

    NT/NW系列框架断路器能够快速分断电弧，其灭弧室配合多层过滤网罩设计，极大冷却熄灭电弧，防止溢出，做到人身设备的安全，而且它还节省了配电柜有限的安装空间。

    NT/NW系列断路器均具有DINF保护功能，该功能仅在断路器合闸期间启动。当断路器合闸到故障点时，其内部互感器检测到瞬时电流大于启动值（一般在22kA~90kA峰值），通过开关内部小凸轮位置开关启动DINF保护，自动关闭控制单元的原延时时间，而直接瞬时触发机构快速脱扣（一般在10ms左右）。如果断路器合闸期间没有遇到大的故障电流，合闸结束后，在运行期间保护功能依然由控制单元来执行过载长延时、短路短延时、短路瞬动三段式保护。

    为满足新的并网要求，风机设备应具有LVRT低电压穿越能力。作为并网主断路器，在电网系统发生暂时性故障时，控制单元需要设定好电流整定值，以躲过大的瞬时电流，确保一定时间内断路器保持并网运行状态。此外，如果故障电流值大，时间长，产生的热效应可能损坏接触器，使触头粘连。

    而施耐德电气NT/NW H1T断路器为风电双馈机型的定制产品。它充分考虑了接触器的短时耐受电流Icw低于断路器Icw等特性（一般并网主接触器Icw 12kA/10s，断路器65kA/1s），通过特制的电子插接件，配合控制单元使用。当该断路器运行时，如遭受线路上大的短路电流（峰值22kA以上），即使控制器关闭了短路瞬时保护，它也能够快速脱扣（时间在10ms之内），以避免主接触器烧坏。

2 直驱型应用

    直驱型机组采用全功率变换，由发电机定子输出电功率到变流器，然后变流器再输出到电网。

    变流器发电机侧为5Hz~20Hz变频，较低的频率会延长电流过零点的周期，给分断造成一定的困难，在此可采用施耐德电气NW NA负荷开关+外接保护控制器，或者NW DC直流断路器，以确保有效安全地分断故障电流。当变流器电网侧为50Hz恒频应用时，并网断路器可采用NW H1型断路器，电气参数Icu=Ics=Icw=65kA，能够可靠运行，切断故障大电流。

    同时，在断路器并网、解列的时候，考虑需多次分合开关，NW系列断路器采用引弧式触头，内部有主触头、弧触头设计。闭合时，先接通弧触头，然后再接通主触头，分断时则相反。凭借这样的设计，可以有效快速地分断电弧，保护主触头，从而延长断路器的使用寿命。

3  高原型应用

    风力资源较为丰富的西南和北方地区由于海拔较高、空气稀薄，对电气设备有一定的特殊要求。施耐德电气NW H1TH为高原型专用断路器，采用增强型的绝缘材料来满足严酷的绝缘性要求。同时，H1TH系列也考虑到高原地区空气分子密度低，难于散热和运动，而采用了特有的灭弧罩，使分断故障电流快速有效。

    这样的设计提高了灭弧栅片强度和数量，以此增加近极压降U0值，同时也拉长了电弧长度L。通过图4的计算公式可以看出，增加了电弧电压Uarc的值，而维持较高的电弧电压，可以帮助电弧尽早引入灭弧室，最终冷却、分断电弧。

如上所述，施耐德电气针对不同类型风机的应用提供先进的产品解决方案：为双馈型机组量身定制NW H1T断路器，为高原型电力设备提供专业的NW H1TH，除此之外还提供通用型的NW H1断路器。在新能源行业飞速发展的今天，施耐德电气不断加强其在中国的研发、生产、质量管理，以及售后服务等领域的能力，致力于为中国风电客户提供更先进且合身的产品解决方案。