產(chǎn)生風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)的原因及相關(guān)問題研究

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1 引言

在新能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略下,風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到快速發(fā)展時(shí)期。大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過程中經(jīng)常出現(xiàn)脫網(wǎng)故障,給電力安全和經(jīng)濟(jì)效益帶來不利影響。為此對(duì)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因進(jìn)行分析研究是十分必要的。

2 風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行問題

風(fēng)電基地中風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)過程中,由于聯(lián)網(wǎng)通道不完善,常規(guī)電源和下級(jí)電網(wǎng)薄弱,導(dǎo)致入網(wǎng)過程中電壓控制困難,運(yùn)行過程中出現(xiàn)較大的波動(dòng)。而風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部或電力系統(tǒng)因短路故障會(huì)導(dǎo)致電壓跌落,風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故經(jīng)常發(fā)生。

3 風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組脫網(wǎng)故障及原因

風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組脫網(wǎng)故障既可能是單獨(dú)脫網(wǎng),還可能使連鎖性脫網(wǎng)。無論是哪種脫網(wǎng)都會(huì)有電壓大幅度波動(dòng)的異常表現(xiàn)。機(jī)組脫網(wǎng)時(shí),風(fēng)電場(chǎng)匯集線發(fā)生相間短路故障,系統(tǒng)電壓瞬間降低,而風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力而產(chǎn)生脫網(wǎng)故障。在機(jī)組脫網(wǎng)后,由于系統(tǒng)出現(xiàn)大量過剩無功功率,無功補(bǔ)償裝置無法快速進(jìn)行調(diào)整,大量富余無功補(bǔ)償容量仍在網(wǎng)運(yùn)行,引起系統(tǒng)電壓升高,風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組由于電壓保護(hù)動(dòng)作而被切除,導(dǎo)致多個(gè)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)故障。

分析原因如下:由于風(fēng)電場(chǎng)采用的是手動(dòng)控制無功補(bǔ)償,這種無功補(bǔ)償控制方式很容易出現(xiàn)問題,當(dāng)無功電壓調(diào)整不及時(shí)就會(huì)給系統(tǒng)電壓帶來影響,通常會(huì)造成電壓過低的情況。例如,風(fēng)電場(chǎng)通過調(diào)整場(chǎng)內(nèi)升壓變壓器分接頭來提高35kv母線電壓,此時(shí)沒有通過無功補(bǔ)償裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)來控制電壓。當(dāng)系統(tǒng)220kv和110kv電壓偏低時(shí),35kv母線電壓正常;如果風(fēng)電場(chǎng)通過投入容性無功補(bǔ)償容量來提高電壓時(shí),35kv母線電壓升高,如果沒有將場(chǎng)內(nèi)升壓變壓器分接頭及時(shí)調(diào)回,那么機(jī)組在電壓保護(hù)裝置下被自動(dòng)切除,這樣就造成機(jī)組脫網(wǎng)。還有一個(gè)原因是當(dāng)機(jī)組保護(hù)裝置設(shè)置的保護(hù)參數(shù)范圍較窄的情況下,對(duì)應(yīng)的變頻器保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置的保護(hù)范圍就更嚴(yán)格。因此,一旦風(fēng)電機(jī)組端電壓超出設(shè)置的電壓保護(hù)范圍值就會(huì)造成脫網(wǎng)故障。此外,風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置配置與風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行情況不符合,導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)不及時(shí),引起事故后灰機(jī)系統(tǒng)電壓升高,是造成風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)故障的又一原因。

4 解決對(duì)策

首先,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組進(jìn)行升級(jí),使風(fēng)電機(jī)組能夠具備低電壓穿越能力。國家能源部門針對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的這一性能提出了明確要求。風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)必須具備合格的低電壓穿越能力,并網(wǎng)前應(yīng)完成低電壓穿越能力的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作,并相電力監(jiān)管部門提交真實(shí)的專業(yè)檢測(cè)驗(yàn)證報(bào)告。風(fēng)電場(chǎng)對(duì)低電壓穿越能力不合格的機(jī)組加快改造,改造后進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè),確保風(fēng)電場(chǎng)所有機(jī)組都能過符合規(guī)定,在源頭上為風(fēng)電機(jī)組防脫網(wǎng)故障奠定良好條件。

其次,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置的參數(shù)配置情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的容量配置必須具備風(fēng)電機(jī)組響應(yīng)速率的要求。對(duì)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的性能進(jìn)行分析,從可連續(xù)輸出的容性范圍、感性無功容量大小等方面進(jìn)行調(diào)研,在對(duì)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的過程中,工作人員應(yīng)根據(jù)無功分層分區(qū)平衡的原則進(jìn)行設(shè)置,尤其是確定好無功補(bǔ)償裝置的調(diào)解響應(yīng)時(shí)間,這樣才能發(fā)揮出無功補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào)整作用,能夠在緊急狀況下對(duì)異常支路進(jìn)行快速投切。在系統(tǒng)正常情況下,無功補(bǔ)償裝置能夠平抑系統(tǒng)電壓波動(dòng);在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下如并網(wǎng)點(diǎn)電壓出現(xiàn)跌落的情況時(shí),無功補(bǔ)償裝置應(yīng)能夠?qū)﹄妷嚎焖僬{(diào)整。無功補(bǔ)償裝置必須能夠與風(fēng)電機(jī)組的高電壓穿越能力相匹配,避免風(fēng)電機(jī)組高壓脫網(wǎng)。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中不滿足生產(chǎn)實(shí)際需求的無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行性能配置的升級(jí),加快完成整改。

其三,提升風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組適應(yīng)電網(wǎng)的能力。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的主控裝置參數(shù)設(shè)置、變流器參數(shù)設(shè)置進(jìn)行檢查,確保上述裝置參數(shù)設(shè)置與低電壓穿越能力相配合。在一些關(guān)鍵的參數(shù)設(shè)置上,如頻率保護(hù)、過電壓或低電壓保護(hù)等參數(shù)設(shè)置上,要綜合考慮,使保護(hù)裝置能夠發(fā)揮出合理的保護(hù)性能,同時(shí)也提升風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的適應(yīng)性能。檢查風(fēng)電場(chǎng)升壓變壓器、箱式變壓器分接頭位置,確保分接頭相互配合。通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組設(shè)備裝置的參數(shù)優(yōu)化設(shè)置,保證風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓和機(jī)端電壓保持正常范圍,避免系統(tǒng)電壓波動(dòng),造成脫網(wǎng)故障。

其四,采用自動(dòng)電壓控制系統(tǒng),避免風(fēng)電匯集地區(qū)電壓波動(dòng)。針對(duì)傳統(tǒng)的人工無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)控制的方式進(jìn)行升級(jí),根據(jù)風(fēng)電大規(guī)模匯集地區(qū)的實(shí)際運(yùn)維情況,采用自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)更好地滿足無功電壓控制需求,保障風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)將調(diào)度控制站和風(fēng)電場(chǎng)各個(gè)站點(diǎn)聯(lián)系起來,能夠根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)情況對(duì)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行配置,使其與風(fēng)電機(jī)組的無功出力情況相協(xié)調(diào),起到優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行電壓,避免電壓波動(dòng)的作用。通過采用自動(dòng)電壓控制系統(tǒng),將風(fēng)電匯集站和風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)管理,對(duì)風(fēng)電匯集區(qū)域電壓波動(dòng)進(jìn)行有效抑制,避免風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)故障出現(xiàn)。

其五,對(duì)小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行完善和優(yōu)化。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)匯集系統(tǒng)中的小電流充當(dāng)著重要的輔助作用。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)匯集系統(tǒng)中的35kv、10kv小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行完善,確保在發(fā)生單相故障時(shí)能夠快速切除,將電力故障范圍減小到最低。

5 結(jié)語

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是大勢(shì)所趨。近年來隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模增大,風(fēng)電生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維面臨更高的要求。在風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)的過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生機(jī)組脫網(wǎng)故障,這一問題是阻礙電廠運(yùn)維安全和經(jīng)營效益的重要問題之一。為了更穩(wěn)健地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電生產(chǎn)管理目標(biāo),對(duì)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)原因進(jìn)行分析,從脫網(wǎng)的故障表現(xiàn),設(shè)備性能參數(shù)設(shè)置等技術(shù)方面進(jìn)行研究,并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行管理需求,提出了系列方法對(duì)策。通過探索和實(shí)踐多種機(jī)組脫網(wǎng)的策略,保障系統(tǒng)電壓平穩(wěn)性,解決機(jī)組脫網(wǎng)問題,提升風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)維技術(shù)整體水平,推動(dòng)電廠順利實(shí)現(xiàn)風(fēng)電生產(chǎn)運(yùn)維目標(biāo)。