一起風電線路跳閘故障的分析

崔曉祥 ，高 磊 ，劉孝剛

（1.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102；2.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103）

近年來,全球可再生能源的利用率逐年增長，越來越多的風力發(fā)電機組的接入，對電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生了重大的影響，因此，風電場故障的分析排查顯得尤為重要。針對江蘇地區(qū)發(fā)生的一起風電線路跳閘故障，進行了詳細的調(diào)查和分析，并對風電場運行提出了相關的反事故措施。

1 事故情況簡介

2011年4月1日17時30分，某風電場側(cè)2W33線路A，B相開關在無保護動作情況下跳閘，200 ms之后南自PSL603保護后備三相跳閘動作，跳開C相開關。對側(cè)變電站2W33開關未跳閘。此風電場一次接線如圖1所示。

圖1 某風電場一次接線

故障過程中主變故障錄波、線路故障錄波、線路保護裝置均啟動了故障錄波，依照時間先后順序動作過程如下：

（1）17:17:20:062，35kVⅡ母出線B相發(fā)生單相接地，35kVⅡ母的B相電壓下降為零，A，C相電壓升高；

（2）17:17:20:065，2W33 跳位繼電器 A，B，C 三相開入均出現(xiàn)幾次抖動；

（3）17:17:20:108，在無保護動作的情況下，2W33線路發(fā)生A，B兩相跳閘，電流消失，此后2W33線路的C相運行；

（4）17:17:20:311，南自PSL603保護非全相后備保護動作，發(fā)三相跳閘命令，并于17:17:20:353跳開C相斷路器。至此200 MW風電場失去與變電站的聯(lián)系，孤網(wǎng)運行；

（5）由于35kVⅡ母出線某處發(fā)生B相接地短路，故障一直未切除，造成A，C兩相電壓處于持續(xù)高位。17:17:20:455開始，C，A兩相相繼對地放電，發(fā)生A，B，C三相短路故障；且故障電流是由35kV I段母線往35kV II段母線供給，2臺主變35kV側(cè)電流大小相等方向相反，故障電流達1.85 kA。

（6）17:17:20:575風機進線324開關和327開關跳開，故障電流消失（如圖2所示）。

（7）此后，風電場內(nèi)35kV母線電壓持續(xù)升高，二次值達68 V，并出現(xiàn)了功率震蕩。

2 故障現(xiàn)象查找

（1）35kV線路B相發(fā)生單相接地后3 ms，在2W33開關位置接點的開入信號上觀察到了明顯的干擾現(xiàn)象；44 ms后，2W33 A，B相開關無保護跳閘，此時2W332套線路保護均未動作，未發(fā)跳閘命令；A，B相開關跳閘后200 ms，南自PSL603保護后備保護非全相保護動作發(fā)三跳令，跳開C相。35kV的單相接地故障最后發(fā)展為三相短路故障，于單相接地后0.5 s由327，324開關切除故障。

（2）許繼操作箱合閘位置燈和運行燈被擊穿，經(jīng)查操作箱總線背板有灼燒痕跡，灼燒點在第一、二路開關操作正電源之間。

（3）接地變Zn/Yn11接線，35kV側(cè)中性點經(jīng)消弧線圈接地，為動態(tài)電容補償方式，由消弧線圈自動調(diào)諧控制柜控制。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)直流接觸器有電弧灼燒痕跡，直流勵磁線圈外皮燒焦。

從上述現(xiàn)象可以看出，當35kV II母出線發(fā)生單相接地故障時，暫態(tài)過電壓是引起直流接觸器直流線圈燒毀的原因。

3 故障原因分析

（1）首先判斷此故障是否保護誤動作。2W33線路開關A，B相在區(qū)外故障時發(fā)生跳閘[1]，此時2套線路主保護均正確判斷無出口跳閘，因此不是保護誤動；而操作箱發(fā)現(xiàn)灼燒痕跡，據(jù)此判斷應是操作箱直接出口跳閘。

（2）調(diào)查該風電廠歷次類似故障跳閘事故發(fā)現(xiàn)，許繼操作箱均有原件破壞，且錄波波形中開關量有擾動出現(xiàn)，據(jù)此初步判定為大功率交流電氣量侵入，致使操作箱發(fā)生內(nèi)部電弧閃絡或繼電器抖動，導致操作箱誤出口跳閘。

（3）由于近2次跳閘事故均由35kV一次系統(tǒng)故障引發(fā)，考慮站用400 V動力電源可能在故障時造成與直流系統(tǒng)的絕緣破壞而導致交流電侵入直流系統(tǒng)，于是鎖定排查對象為操作箱屏內(nèi)和就地開關端子箱內(nèi)交直流電纜之間的絕緣性能。用500 V絕緣搖表檢查未發(fā)現(xiàn)交直流電纜間有絕緣破壞，但發(fā)現(xiàn)第一、第二路操作正電源間絕緣差，僅有75 kΩ直阻，試驗表明，第一、第二路操作正電源串電。

（4）第二階段對許繼操作箱進行了內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)兩路操作正電源接入的背板插件在拔出后兩路正電源沒有交叉，在插入背板后即出現(xiàn)串電現(xiàn)象，于是排查總線背板是否有溝通回路。拆卸總線背板發(fā)現(xiàn)在第一、第二路操作正電源印刷板間有電弧灼燒痕跡。

（5）接地變消弧線圈直流接觸器有電弧灼燒痕跡，經(jīng)現(xiàn)場查看，消弧線圈接觸器設計為直流控制（電源取自直流II段母線）和交流控制（電源取自動力電源）2個接觸器并列運行方式，當35kV發(fā)生單相接地故障后，保護單元通過接觸器將阻尼電阻短接。由于較大的容性接地電流導致直流接觸器短接阻尼電阻時拉弧，灼燒到直流勵磁線圈，導致大功率交流電氣量侵入風電場直流母線，在絕緣薄弱點放電。這是導致該起跳閘的直接原因。

4 建議采取的相關反事故措施

（1）去除消弧線圈直流接觸器，改用2個交流接觸器（電源分別取自2臺接地變的交流系統(tǒng)）。

（2）因接觸器多次出現(xiàn)弧光閃絡現(xiàn)象，風電場與消弧線圈廠家和設計院需要充分溝通，拿出合適的整改方案。

（3）在35kV II母B相發(fā)生單相接地短路之前，3U0就達到12.3 V，因此應對變電站的3U0進行監(jiān)視，預防故障的發(fā)生。

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：水利電力出版社，1994.