風(fēng)電場(chǎng)油浸式箱變重瓦斯保護(hù)實(shí)用性改造

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司，福建 福州 350000)

風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置較為分散，距離風(fēng)電場(chǎng)集中升壓變電所較遠(yuǎn)，而目前市場(chǎng)上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出口電壓多為690 V，需就地經(jīng)升壓變電站升壓后傳送至風(fēng)電場(chǎng)升壓變電所。

目前，風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組升壓設(shè)備大多采用油浸式箱式變電站，由于風(fēng)電場(chǎng)箱變運(yùn)行環(huán)境惡劣，且大多離升壓站較遠(yuǎn)，不能每天進(jìn)行巡視，因此風(fēng)電場(chǎng)箱變保護(hù)配置顯得尤為重要。

1 箱變保護(hù)配置

箱式變電站(簡(jiǎn)稱(chēng)“箱變”)是將高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、插入式熔斷器與后備保護(hù)熔斷器(或者全范圍熔斷器 )、變壓器器身和無(wú)勵(lì)磁分接開(kāi)關(guān)等電器元件組裝在一個(gè)密封的油箱中，用變壓器油作為絕緣介質(zhì)的一種新型變壓器。箱變有多種分類(lèi)方法，如按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可分為組合式變電站(歐式箱變) 、預(yù)裝式變電站即(美式箱變)；按安裝場(chǎng)所可分為戶(hù)內(nèi)、戶(hù)外；按高壓接線(xiàn)方式可分為終端接線(xiàn)、雙電源接線(xiàn)和環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)；按箱體結(jié)構(gòu)可分為整體、分體等。

箱變的高壓側(cè)可采用兩級(jí)熔斷器串聯(lián)保護(hù)或全范圍熔斷器保護(hù)，低壓側(cè)通常采用塑殼式斷路器作為低壓側(cè)保護(hù)與電能分配，其電磁脫扣器為瞬時(shí)動(dòng)作，用于短路保護(hù)；其熱動(dòng)型脫扣器具有反時(shí)限特性，用于過(guò)載保護(hù)。

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)升壓變多采用“一機(jī)一變”的箱式變壓器，多為歐式箱變和美式箱變；箱變的保護(hù)配置有瓦斯保護(hù)、過(guò)載及短路保護(hù)等保護(hù)。

其中，瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線(xiàn)及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，電弧使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，從油箱向油枕流動(dòng)，其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同，反應(yīng)這種氣流與油流而動(dòng)作的保護(hù)稱(chēng)為瓦斯保護(hù)，也叫氣體保護(hù)。

瓦斯保護(hù)一般分為輕瓦斯和重瓦斯兩類(lèi)。輕瓦斯是變壓器內(nèi)部過(guò)熱,或局部放電,使變壓器油油溫上升，產(chǎn)生一定的氣體,匯集于繼電器內(nèi),達(dá)到一定量后觸動(dòng)繼電器，發(fā)出信號(hào)。重瓦斯保護(hù)是在變壓器內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重短路后，將對(duì)變壓器油產(chǎn)生沖擊，使一定油流沖向繼電器的檔板,動(dòng)作于跳閘。

由于風(fēng)電場(chǎng)箱變多分散且距離升壓站較遠(yuǎn)，安全可靠的瓦斯保護(hù)尤其重要，既可以有效隔離故障設(shè)備，也不擴(kuò)大故障范圍。

2 工程實(shí)例

2.1 改造背景

東南沿海某風(fēng)電場(chǎng)2012年7月投產(chǎn)，總裝機(jī)48 MW，分四組35 kV集電線(xiàn)路匯入升壓站，通過(guò)1臺(tái)容量50 MW主變壓器匯入110 kV電網(wǎng)。24臺(tái)風(fēng)電機(jī)組采用“一機(jī)一變”模式，共有24臺(tái)油浸式箱式變壓器，測(cè)控裝置為某廠(chǎng)生產(chǎn)的風(fēng)電箱變智能監(jiān)控裝置。

油浸式箱式變壓器重瓦斯保護(hù)原設(shè)計(jì)為跳開(kāi)本組35 kV集電路開(kāi)關(guān)柜內(nèi)斷路器，即在箱變監(jiān)控用一根光纖(S1)將重瓦斯動(dòng)作信號(hào)傳到繼保室光電轉(zhuǎn)換柜內(nèi)，然后再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換為跳閘信號(hào)去啟動(dòng)集電線(xiàn)路的跳閘出口；在箱變內(nèi)安裝一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器(命名為FTT2000Z)，把重瓦斯出口1的動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)通過(guò)S1傳到下一臺(tái)箱變內(nèi)的FTT2000Z，下一臺(tái)再傳到它的下一臺(tái)，最終每個(gè)回路的FTT2000Z把信號(hào)通過(guò)S1輸送到保護(hù)室的箱變監(jiān)控屏處；在箱變監(jiān)控屏放置與回路數(shù)量相對(duì)應(yīng)數(shù)量的FTT2000Z，每個(gè)回路通過(guò)S1傳輸過(guò)來(lái)的光信號(hào)在此處經(jīng)過(guò)FTT2000Z轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；在監(jiān)控屏處把FTT2000Z送出的電信號(hào)通過(guò)二次控纜直接跳閘35 kV開(kāi)關(guān)柜的斷路器。

此設(shè)計(jì)在實(shí)際運(yùn)行中存在以下缺點(diǎn)和問(wèn)題：(1)采用光纖回路接到升壓站，如光纖回路被意外破壞，箱變就失去了重瓦斯保護(hù)；(2)單臺(tái)箱變故障跳整組線(xiàn)路，會(huì)造成其余正常箱變、風(fēng)機(jī)停運(yùn)；(3)各集電線(xiàn)路斷路器涉及到保護(hù)回路多，光電轉(zhuǎn)換裝置等設(shè)備會(huì)直接影響保護(hù)的可靠性。

2.2 改造方案及實(shí)施

箱變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)是真空負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)+ 熔斷器結(jié)構(gòu)，考慮到真空負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)不能開(kāi)斷大電流，對(duì)重瓦斯保護(hù)進(jìn)行以下改造。

2.2.1 硬件改造

箱變現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)用電流互感器(變比75/5)并未接入箱變測(cè)控裝置，改造后將電流互感器接入測(cè)控裝置。

2.2.2 軟件升級(jí)

升級(jí)箱變測(cè)控裝置，增加FC閉鎖跳閘功能,原理見(jiàn)圖1。

2.2.3 定值整定

FC閉鎖跳閘整定值按能躲過(guò)風(fēng)機(jī)最大負(fù)荷電流整定。

目前風(fēng)電機(jī)組最大出力設(shè)定值為2040 kW，電流互感器變比75∶5，箱變高壓側(cè)電壓為35 kV，可靠系數(shù)取1.1。

一次側(cè)電流最大電流：

二次側(cè)電流最大電流：

FC閉鎖跳閘整定值：

FC閉鎖跳閘定值取2.5 A。

綜上，改造后，箱變接入重瓦斯保護(hù)，并且重瓦斯保護(hù)動(dòng)作后檢測(cè)箱變高壓側(cè)電流，實(shí)現(xiàn)大電流(大于或等于2.5 A)保護(hù)不出口，熔斷箱快速切斷箱變，小電流(小于2.5 A)，保護(hù)出口動(dòng)作，快速斷開(kāi)高壓側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

圖 1 FC閉鎖跳閘功能原理圖

2.3 改造產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

(1) 進(jìn)行改造前，單臺(tái)箱變重瓦斯保護(hù)正常動(dòng)作與該組集電線(xiàn)路斷路器跳閘，該組線(xiàn)路其余5臺(tái)風(fēng)機(jī)停運(yùn)，故障出現(xiàn)到隔離故障箱變需2 h，風(fēng)電場(chǎng)在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，造成損失電量：2000×5×2=20000 kWh，按上網(wǎng)電價(jià)0.5元/kWh計(jì)算，每次最大可避免1萬(wàn)元損失。

(2)進(jìn)行改造前，因保護(hù)光纖回路影響，單臺(tái)箱變重瓦斯保護(hù)未能正常動(dòng)作，造成箱變損壞，預(yù)計(jì)維修費(fèi)用10萬(wàn)元。

綜上所述，此次改造提高了保護(hù)可靠性，同時(shí)為風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，風(fēng)電場(chǎng)箱變重瓦斯保護(hù)多采用動(dòng)作上一級(jí)集電線(xiàn)路斷路器來(lái)切斷故障箱變，這樣設(shè)計(jì)雖然能切除故障箱變，但也會(huì)造成該條集電線(xiàn)路上其余風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行，給風(fēng)電場(chǎng)造成額外的經(jīng)濟(jì)損失。此改造主要解決了以下問(wèn)題：

(1) 投入使用箱變重瓦斯保護(hù)，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)箱變有異常時(shí)及時(shí)跳開(kāi)，完全避免了主設(shè)備損壞事故問(wèn)題，也不會(huì)影響到整組風(fēng)機(jī)運(yùn)行，提高了風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行可靠性。

(2) 簡(jiǎn)化保護(hù)回路，保護(hù)不再受風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)光纖回路影響，保護(hù)動(dòng)作的正確性、可靠性得到保證。