張北小東梁風(fēng)電場斷路器故障原因分析

李華兵（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司，湖北 武漢 430000）

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張北小東梁風(fēng)電場斷路器故障原因分析

李華兵（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司，湖北 武漢 430000）

準(zhǔn)確描述斷路器故障現(xiàn)象，分析故障發(fā)生原因，建立數(shù)據(jù)模型，分析計(jì)算得出結(jié)論，并提出解決故障的相應(yīng)對策。

斷路器；故障；跳閘運(yùn)行時間；短路電流；整定電流

1　斷路器故障現(xiàn)象描述

1.11#機(jī)位（風(fēng)機(jī)編號為1102005）

總體運(yùn)行時間：60d

故障發(fā)生時間：2012-12-25（22：00）

風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中定子斷路器跳閘，并且有3個F3.1熔絲、F4.7熔絲燒毀，柜門無法有效關(guān)閉。故障代碼4006（定子斷路器故障跳閘）、7080（+15V直流超出范圍）、7081（-15V直流超出范圍）、7124（網(wǎng)側(cè)接地）、7165（軟件過壓）、7257（網(wǎng)側(cè)沒有門極驅(qū)動時，機(jī)側(cè)IGBT關(guān)斷）。

圖1　

1.22#機(jī)位（風(fēng)機(jī)編號為1104020）故障描述

總體運(yùn)行時間：20d

故障發(fā)生時間：2012-10-05

風(fēng)機(jī)并網(wǎng)時，變流柜內(nèi)定子斷路器Q2.6發(fā)生巨響，并有電弧產(chǎn)生，變流柜門被炸開，Q2.6斷路器及左側(cè)柜體有明顯被燒黑的痕跡，并且有兩個變流柜門卡槽被炸掉，致使柜門無法有效關(guān)閉。經(jīng)調(diào)試人員和柔性廠家人員現(xiàn)場查看測試，變流柜內(nèi)無其他元器件損壞，Q2.6功能正常，隨后風(fēng)機(jī)啟機(jī)并網(wǎng)無異?，F(xiàn)象發(fā)生。

說明原因：斷路器并網(wǎng)時承受了遠(yuǎn)大于額定電流的大電流，并產(chǎn)生電弧。

1.313#機(jī)位（風(fēng)機(jī)編號為1104028）

總體運(yùn)行時間：60d

故障發(fā)生時間：2012-12-27

風(fēng)機(jī)報(bào)故障4006（定子斷路器故障跳閘）停機(jī)，按復(fù)位按鈕，故障4006不能消除。

1.423#機(jī)位（風(fēng)機(jī)編號為1105038）故障描述

總體運(yùn)行時間：40d

故障發(fā)生時間：2012-11-27

風(fēng)機(jī)正常停機(jī)，風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)時報(bào)故障18001（有功功率和控制給定功率之間偏差過大）、4006（CC101斷路器故障跳閘）、4008（PM3000處于故障狀態(tài)）、7137（變流器機(jī)側(cè)：低電壓故障）、7257（變流器：網(wǎng)側(cè)變流關(guān)斷故障，機(jī)側(cè)變流跳閘），并且變流柜內(nèi)定子斷路器Q2.6的T.U.Reset彈片彈出。

說明：脫網(wǎng)時存在大的功率偏差，脫網(wǎng)大電流使斷路器故障跳閘。

1.523#機(jī)位（風(fēng)機(jī)編號為1105038）故障描述

總體運(yùn)行時間：40d

故障發(fā)生時間：2012-11-27

風(fēng)機(jī)更換為10#機(jī)位的定子斷路器，風(fēng)機(jī)運(yùn)行并網(wǎng)后正常停機(jī)時，在脫網(wǎng)的過程中報(bào)故障18001、4006、4008、7137、7257、7009、7037、7165，并且變流柜內(nèi)PM3000發(fā)出巨響，PM3000機(jī)側(cè)部分被燒黑。檢查線路發(fā)現(xiàn)變流柜CC101內(nèi)繼電器K3.8和K7.5的線圈裝反。PM3000機(jī)側(cè)故障，引起斷路器故障跳閘，但斷路器還能正常使用。

圖2　

說明原因：脫網(wǎng)時存在大的功率偏差，PM3000燒壞是否與接錯線有關(guān)。

1.624#機(jī)位（風(fēng)機(jī)編號為1105040）故障描述

總體運(yùn)行時間：15d

故障發(fā)生時間：2012-11-08

當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1300rpm并網(wǎng)時，變流柜內(nèi)（變流柜編號為1103004）定子斷路器Q2.6的“Push On”鍵一直來回吸合，風(fēng)機(jī)無法并網(wǎng)運(yùn)行。直接給斷路器Q2.6的欠壓線圈通入24VDC，手動操作時，斷路器的“Push On”鍵可以正常吸合?，F(xiàn)場更換為10#機(jī)位的斷路器后，風(fēng)機(jī)可以正常并網(wǎng)運(yùn)行。

說明原因：斷路器并網(wǎng)時合閘按鈕不能閉合，內(nèi)部機(jī)構(gòu)損壞或24VDC欠壓。

2　變頻系統(tǒng)參數(shù)及特性說明

2.1變頻系統(tǒng)短路計(jì)算

PM3000網(wǎng)側(cè)短路時：

電網(wǎng)提供的短路電流計(jì)算值（計(jì)算過程略去）為31.57kA；

電機(jī)定子側(cè)提供的短路電流為5.6kA；

網(wǎng)側(cè)接觸器通過的總短路電流=31.57+5.6=42.17kA。

2.2變頻系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

熔斷器：廠家SIBA，型號SQB1 AR 550A，6OOOA電流時網(wǎng)側(cè)熔斷器熔斷時間接近于0s。

（1）網(wǎng)側(cè)接觸器Q5.3：廠家ABB，型號AF260；

（2）定子斷路器：廠家ABB，型號E2B2000/3P，遮斷容量為65kA。

運(yùn)行電流：Ib=1730A；

額定電流：In=2000A。

2.3保護(hù)整定計(jì)算

（1）過負(fù)荷保護(hù)

整定計(jì)算I1=2000A，t1=144s；

整定值I1=1A，t1=144s。

（2）短延時流保護(hù)值3×IB，0.5s

整定計(jì)算I2=5190A，t2=0.5s；

整定值I2=2.5A t2=0.5s，t=k曲線。

（3）瞬時保護(hù)［I］

運(yùn)行電流IB=1730A；

額定電流In=2000A；

整定計(jì)算I3=8×IB=1384A；

整定值I3=7A。

（4）接地保護(hù)［G］

運(yùn)行電流IB=1730A；

額定電流In=2000A；

整定計(jì)算值I4=0A，3×IB=519A，t4=0.5s；

整定I4=0.3A，4t4=0s，t=k曲線；

Crowbar電阻1，35MJ/±10%/0，075Ohm。

3　故障分析

（1）需要分析斷路器產(chǎn)生大電流產(chǎn)生的原因：①斷路器并網(wǎng)同步過程中是否會產(chǎn)生大電流？

斷路器同步條件：

Windtec的判據(jù)為矢量變換后電壓的直流分量：電壓偏差有功分量（Ud≤90V），無功分量（Uq≤30V），等效幅值≤94.8V時可以同步并網(wǎng)。（交流電壓幅值差、角度差、頻率差均通過以上直流判據(jù)反映）。交流電壓在94.8V以內(nèi)，等效于定子開關(guān)同步，此時并網(wǎng)電流不會太大，應(yīng)遠(yuǎn)小于6000A，不會引起跳閘。

②是否由于電網(wǎng)電壓不平衡或PM3000網(wǎng)側(cè)IGBT直通引起大的短路電流？

從現(xiàn)有的2臺斷路器故障數(shù)據(jù)看，故障電流6000A且三相平衡，說明張北風(fēng)場電壓是基本平衡的，不會引起大的電流；如PM3000網(wǎng)側(cè)IGBT直通，則網(wǎng)側(cè)熔斷器需承受電網(wǎng)及電機(jī)定子2個方向的短路電流，其電流為42.17kA遠(yuǎn)大于6kA，網(wǎng)側(cè)熔斷器將0s熔斷，且網(wǎng)側(cè)PM3000也會燒壞，故這種說法也不成立。

③電網(wǎng)電壓波動過大是否會產(chǎn)生大電流？

風(fēng)場電網(wǎng)電壓波動過大（電壓偏高），驅(qū)動電壓超出范圍+ /-15V（直流），以至于PM3000控制不好，引起網(wǎng)側(cè)短路，產(chǎn)生大的短路電流，斷路器切除故障滅弧過程中燒壞（1#機(jī)有類似現(xiàn)象）。

④Crowerbar回路導(dǎo)通是否會產(chǎn)生大電流？

Crowerbar回路由于直流母線電壓過高或光纖信號誤觸發(fā)，會導(dǎo)致Crowerbar動作，轉(zhuǎn)子短接進(jìn)而產(chǎn)生大的電流，并在定子側(cè)感應(yīng)出約3倍大的對稱電流，Crowerbar動作后50ms發(fā)跳定子開關(guān)命令，其跳閘時電弧會對開關(guān)絕緣可能造成一定的傷害，定子開關(guān)大電流跳閘次數(shù)是有一定限度的；Crowerbar動作在定子側(cè)會產(chǎn)生約大于50ms的大電流，但不會導(dǎo)致斷路器選擇性保護(hù)（時間500ms）動作。

（2）對斷路器燒壞原因初步分析：按廠家參數(shù)可切斷65kA短路電流，現(xiàn)在一月左右部分?jǐn)嗦菲餍枨袛嗉s十次6kA電流，斷路器本身具有滅弧能力按理應(yīng)不至于燒壞，斷路器每切除一次故障電流絕緣和滅弧能力是否下降，該批次是否有質(zhì)量問題。

4　初步結(jié)論

張北風(fēng)場電壓波動較大，斷路器故障率相對較高，其它風(fēng)場目前還沒有遇到這種情況，大電流產(chǎn)生的原因可能與電網(wǎng)電壓波動過大有一定關(guān)系，說明Windtec變流器的電網(wǎng)適應(yīng)性相對較差；

crowbar回路觸發(fā)會在定子側(cè)產(chǎn)生對稱性大電流，但應(yīng)該不會導(dǎo)致斷路器保護(hù)動作，這點(diǎn)需在風(fēng)場進(jìn)一步確認(rèn)。

總之，變流器斷路器燒壞與PM3000的控制應(yīng)有一定的關(guān)系，原因有待進(jìn)一步分析。

5　相應(yīng)對策

（1）對風(fēng)場變流柜控制回路及有關(guān)光纖的連線進(jìn)行全面檢查。

（2）各風(fēng)場相關(guān)人員立即對所有ABB斷路器的日期和時間進(jìn)行設(shè)定，柔性輸電須設(shè)置好變流柜ABB斷路器的時間才允許出廠，以確保保證斷路器歷史數(shù)據(jù)的正確性。

（3）風(fēng)場人員須配合ABB廠家調(diào)出所有風(fēng)場變流柜運(yùn)行開關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，以便對每一臺開關(guān)的現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行好診斷；要求ABB廠家根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)作專題分析，查找出斷路器燒壞的原因。

（4）Windtec變流器無故障錄波功能也是一大缺陷，建議購買一臺恒河的故障錄波器，可記錄10d以上數(shù)據(jù)，價(jià)格約十幾萬元；便于分析故障，否則難于快速準(zhǔn)確地地查明原因。

（5）需組織Windtec、柔性輸電、ABB一起開會共同會診，進(jìn)一步查明斷路器大電流的來源，并做好相關(guān)解決方案（如對網(wǎng)側(cè)、機(jī)側(cè)、CROWARBAR回路電流、定子電流及直流母線電壓等參數(shù)進(jìn)行錄波和檢測）。

6　結(jié)束語

針對斷路器故障原因分析：①應(yīng)熟悉斷路器各項(xiàng)性能指標(biāo)和使用方法，調(diào)用有供分析的故障記錄數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。②分析、總結(jié)風(fēng)電場斷路器故障的常見故障類型，并建立數(shù)據(jù)模型，便于分析和計(jì)算，得出結(jié)論并試驗(yàn)調(diào)試。③形成故障報(bào)告，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并歸檔，對產(chǎn)生較大影響的故障類型，應(yīng)以書面型式專題研究，并組織學(xué)習(xí)、研討，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

李華兵（1979-），男，工程師，本科，主要從事工作電力工程電氣設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)管理工作。

TM614

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2095-2066（2016）16-0045-02

2016-5-20