淺析風(fēng)電場(chǎng)箱式變電站可靠性提高策略

【摘要】本文通過(guò)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)箱式變電站實(shí)際運(yùn)行情況及故障分析，對(duì)箱式變電站提出幾點(diǎn)可靠性提高整改措施，同時(shí)基于國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的箱式變電站智能化改造技術(shù)，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)實(shí)際情況，提出幾點(diǎn)看法。以方便風(fēng)電場(chǎng)日常的運(yùn)行維護(hù)，同時(shí)提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)；箱式變電站；可靠性；智能化改造

1.引言

目前風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)升壓設(shè)備大多采用油浸式箱式變電站，雖然箱式變電站應(yīng)用廣泛，且技術(shù)相對(duì)成熟，但在風(fēng)電場(chǎng)惡劣的戶外條件下運(yùn)行，還是存在一些運(yùn)行缺陷，同時(shí)根據(jù)不同廠家生產(chǎn)工藝及技術(shù)條件的差異，運(yùn)行缺陷也不盡相同。加之風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)分布較廣，箱式變電站不具備遠(yuǎn)方監(jiān)控功能，運(yùn)行人員無(wú)法及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)消除箱變?nèi)毕?，?huì)導(dǎo)致箱變故障進(jìn)一步擴(kuò)大，從而影響風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行[1]。

2.運(yùn)行事例分析

2.1 箱式變電站典型運(yùn)行事例概況

2011年，我風(fēng)電場(chǎng)66臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，采用SB11-Z-1600/35型組合式箱式變電站[2]。六條風(fēng)機(jī)線運(yùn)行正常，#1主變運(yùn)行正常，220kV設(shè)備運(yùn)行正常，全場(chǎng)出力為15MW。此時(shí)220kV母線電壓B相為129.754kV，35kV母線電壓B相為21.553kV。風(fēng)機(jī)690V網(wǎng)側(cè)電壓為684V。

當(dāng)日凌晨5時(shí)左右，綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)1號(hào)消弧消諧保護(hù)柜消弧控制器接地報(bào)警、1號(hào)消弧消諧保護(hù)柜消諧器故障報(bào)警、#3風(fēng)機(jī)線整組啟動(dòng)、站用變接地報(bào)警、#1、#2、#4、#5、#6風(fēng)機(jī)線接地報(bào)警，#1、#3電容器接地報(bào)警。35kV系統(tǒng)母線B相電壓為零，A、C相電壓升高為線電壓。運(yùn)行值班人員立即通知巡檢人員對(duì)35kV開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，在檢查35kV開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)消弧消諧裝置報(bào)B相接地故障，同時(shí)B相合閘。隨后巡檢人員對(duì)消弧消諧裝置復(fù)位，消弧消諧保護(hù)柜B相馬上又合閘并報(bào)接地報(bào)警，判斷是永久性接地故障后，運(yùn)行人員立即向調(diào)度和上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行了匯報(bào)并采用拉開(kāi)開(kāi)關(guān)法進(jìn)行故障排查處理。五時(shí)四十分，運(yùn)行人員拉開(kāi)#3風(fēng)機(jī)線315開(kāi)關(guān)后，故障消失。判斷#3風(fēng)機(jī)線設(shè)備B相接地短路，隨后安排檢修人員對(duì)全場(chǎng)線路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)#30箱變B相熔斷器爆炸，箱變低壓側(cè)有嚴(yán)重的炸裂燒損現(xiàn)象，對(duì)故障進(jìn)行隔離后，其他設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

35kV線路接地故障，發(fā)現(xiàn)#30箱式變電站低壓室燒毀、B相插入式高壓熔斷器炸出，將高壓熔斷器保護(hù)帽彈飛，高壓熔斷器熔管飛出。對(duì)#30箱式變電站進(jìn)行隔離后，剩余65臺(tái)風(fēng)機(jī)于中午時(shí)分恢復(fù)運(yùn)行。造成電量損失大約10萬(wàn)度、#30箱變燒毀。

2.2 原因分析

#30箱變低壓側(cè)炸裂燒損，#30箱變高壓側(cè)B相熔斷器熔斷炸裂接地，A、C相熔斷器熔斷，#1消弧消諧保護(hù)柜消弧控制器B相動(dòng)作接地，35kV系統(tǒng)B相電壓為零，A、C相電壓升高為線電壓。

經(jīng)過(guò)對(duì)#30箱變進(jìn)行了全面檢查，并對(duì)箱變絕緣電阻進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)地絕緣不符合要求，檢查高、低壓側(cè)電纜未發(fā)現(xiàn)損壞，初步認(rèn)定為箱變內(nèi)部故障所致。并分析原因?yàn)橛捎诘蛪簜?cè)三相母排相間及相對(duì)地之間有電弧產(chǎn)生，將690V斷路器保護(hù)控制電源零線燒斷，使690V斷路器保護(hù)控制電源空開(kāi)跳閘，在故障時(shí)，低壓側(cè)斷路器拒動(dòng)，造成事故擴(kuò)大，將低壓側(cè)設(shè)備燒毀，同時(shí)使故障擴(kuò)大到箱式變電站高壓側(cè)，引起高壓側(cè)電流過(guò)大使熔斷器熔斷，B相電流最大，熔斷器爆炸導(dǎo)致B相接地。同時(shí)初步推測(cè)引起低壓側(cè)三相母排電弧產(chǎn)生的原因有三種，1）小動(dòng)物鉆入箱變內(nèi)部，導(dǎo)致相間引起電弧放電；2）由于空氣潮濕，絕緣強(qiáng)度下降，引起相間電弧放電；3）雷擊造成三相雷擊過(guò)電壓，使三相產(chǎn)生電弧放電，具體原因還需進(jìn)一步分析。

3.事故反思及箱變安全可靠性提高策略

以上事故充分暴露出箱式變電站存在的一些問(wèn)題，以及箱變廠家在設(shè)計(jì)制造上的缺陷，我風(fēng)場(chǎng)根據(jù)此次事故及以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)箱式變電站進(jìn)行了改造：

（1）箱式變電站低壓側(cè)布線不合理，低壓側(cè)斷路器保護(hù)控制零線與箱式變電站低壓側(cè)進(jìn)線母排距離太近，實(shí)測(cè)距離不到三厘米，且未做任何防火隔離，導(dǎo)致低壓側(cè)三相母排電弧放電產(chǎn)生高溫后很快將其熔斷，使低壓側(cè)斷路器拒動(dòng)，無(wú)法在第一時(shí)間切斷電流。針對(duì)這一問(wèn)題，我風(fēng)場(chǎng)要求廠家重新對(duì)低壓側(cè)控制線路進(jìn)行布線，將箱變控制回路遠(yuǎn)離低壓側(cè)發(fā)熱設(shè)備器件，并在所有控制線路加裝耐火套管，以保證在遇到同類問(wèn)題或是低壓側(cè)設(shè)備溫度過(guò)高導(dǎo)致保護(hù)設(shè)備控制回路失效而使故障擴(kuò)大。

（2）在此次設(shè)備事故中，低壓側(cè)母排為最先產(chǎn)生電弧區(qū)域，對(duì)三相母排相間距離進(jìn)行測(cè)量也滿足國(guó)家規(guī)范要求，但是進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，母排上的低壓電纜進(jìn)線的固定螺母長(zhǎng)度較長(zhǎng)，使母排間的有效電氣距離縮小，同時(shí)由于施工安裝的不精確以及運(yùn)輸過(guò)程中震動(dòng)導(dǎo)致的低壓母排架松動(dòng)，使相間距離縮小，從而更容易造成相間電弧放電，根據(jù)此問(wèn)題，我風(fēng)場(chǎng)對(duì)所有箱變的低壓側(cè)母排架進(jìn)行緊固，并擴(kuò)大不同相母排間距，同時(shí)將母排上空余螺母拆除，更有效的提高相間電氣絕緣間距，提高可靠性。

（3）認(rèn)真分析此次事故，我們研究采取何種方式可有效地防止箱式變電站故障火災(zāi)蔓延，如何及時(shí)有效在第一時(shí)間將明火撲滅，減小設(shè)備損失。目前國(guó)內(nèi)出現(xiàn)一種基于爆破管和高壓滅火劑技術(shù)的消防器材，此設(shè)備利用爆破管纏繞到設(shè)備周圍，同時(shí)連接一個(gè)高壓滅火劑。當(dāng)箱體內(nèi)設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫度超過(guò)爆破管臨界溫度后，爆破管會(huì)在離火源最近處爆開(kāi)，使充斥在管內(nèi)的高壓滅火劑從破口處沖出，第一時(shí)間將明火熄滅，從而達(dá)到抑制火災(zāi)蔓延的效果，經(jīng)過(guò)論證，此設(shè)備可以提高箱式變電站在遇到火災(zāi)時(shí)的安全系數(shù)。

（4）箱式變電站高壓側(cè)的插入式高壓熔斷器結(jié)構(gòu)不合理，當(dāng)箱式變電站因故障導(dǎo)致變壓器內(nèi)部壓力過(guò)高時(shí)，高壓熔斷器熔管會(huì)高速?zèng)_出箱體，對(duì)于箱式變電站周圍工作人員存在安全隱患，且插入式熔斷器熔斷效果完全取決于熔絲質(zhì)量和安裝制造工藝，要求很高，目前國(guó)內(nèi)只有個(gè)別廠家具備生產(chǎn)此類產(chǎn)品的能力。

經(jīng)過(guò)對(duì)箱式變電站運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，箱式變電站的負(fù)荷開(kāi)關(guān)操作可靠性不高，臨近風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)過(guò)在多次操作箱式變電站負(fù)荷開(kāi)關(guān)后，負(fù)荷開(kāi)關(guān)出現(xiàn)卡死或失靈的現(xiàn)象。根據(jù)這種箱式變電站高壓側(cè)結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題，國(guó)內(nèi)廠家提出了改進(jìn)方案，其變壓器本體部分依然為密封油浸式變壓器，但高壓側(cè)的熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)單獨(dú)安裝，與變壓器本體隔離，采用手動(dòng)式高壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，利用可靠性高的機(jī)械傳動(dòng)裝置，且整套裝置處于密封箱體外，便于操作維護(hù)。同時(shí)熔斷器采用跌落式熔斷器，這樣對(duì)于箱變開(kāi)斷狀態(tài)觀察更為直觀，并且跌落式熔斷器安全可靠性更高。

4.箱式變電站智能化改造

我風(fēng)場(chǎng)根據(jù)此次事故，對(duì)我風(fēng)場(chǎng)現(xiàn)有箱式變電站如何實(shí)現(xiàn)智能化改造進(jìn)行了討論，并得出以下我風(fēng)場(chǎng)認(rèn)為可行性較高的方案，在此與讀者交流。此方案為基于GPRS箱式變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控中心、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和箱變監(jiān)控終端3大部分構(gòu)成（如圖1所示）。箱式變電站智能監(jiān)控終端安裝在箱變內(nèi)部，通過(guò)電壓互感器（TV）和電流互感器（TA）對(duì)變壓器一次和二次端的電氣參數(shù)進(jìn)行采集后定時(shí)發(fā)送給GPRS模塊，GPRS模塊再把數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS網(wǎng)中，上傳到監(jiān)控中心。

智能化改造其意義在于可以提高箱式變電站的安全性，提高箱式變電站供電的電能質(zhì)量，提高箱式變電站供電的經(jīng)濟(jì)性，減輕箱式變電站運(yùn)行維護(hù)的工作量，降低人為操作失誤的概率[4]。這不僅有利于箱式變電站運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等管理，而且為風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行及性能指標(biāo)的監(jiān)視控制、發(fā)電方案優(yōu)化等管理工作提供了有效的技術(shù)手段

5.結(jié)束語(yǔ)

以上為個(gè)人在風(fēng)電場(chǎng)箱式變電站運(yùn)行及故障處理中得出一些想法，總體而言，組合箱式變電站具有較高可靠性，但是風(fēng)力發(fā)電發(fā)展十分迅速，并且隨著智能化電網(wǎng)等新要求不斷出現(xiàn)，風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備的可靠性要求也將越來(lái)越高，如何更好地提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，需要風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行人員與設(shè)備制造單位共同努力，使風(fēng)力發(fā)電成為更加清潔穩(wěn)定的電源。

參考文獻(xiàn)

[1]廖順明，劉啟富.智能化箱式變電站的應(yīng)用討論[J].四川電力技術(shù)，2006，12.

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[3]楊曉梅，張建周，姚志強(qiáng)，王漢林.風(fēng)電場(chǎng)箱式變電站監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)通信，2010，3.

[4]鐘慶，芮冬陽(yáng)，等.箱式變電站智能化方案討論[J].廣東電力，2005，4.

作者簡(jiǎn)介：

彭加立（1963—），男，高級(jí)工程師，中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)投資有限公司運(yùn)營(yíng)管理部主任，主要從事發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理工作。

尹浩霖（1987—），男，助理工程師，中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)投資有限公司運(yùn)營(yíng)管理部運(yùn)營(yíng)管理主辦，主要從事發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理工作。