探讨风电场箱式变电站可靠性提升策略

探讨风电场箱式变电站可靠性提升策略

魏超

甘肃中电瓜州风力发电有限公司   甘肃 酒泉   736100

【摘要】本文通过风力发电场箱式变电站实际运行情况及故障分析，对箱式变电站提出几点可靠性提升整改措施，同时基于国内已经出现的箱式变电站智能化改造技术，结合风场实际情况，提出几点看法。以方便风电场日常的运行维护，同时提高风电场运行的可靠性。

【关键词】风力发电场；箱式变电站；可靠性；智能化改造

1.引言

目前风电场单台风机升压设备大多采用油浸式箱式变电站，虽然箱式变电站应用广泛，且技术相对成熟，但在风电场恶劣的户外条件下运行，还是存在一些运行缺陷，同时根据不同厂家生产工艺及技术条件的差异，运行缺陷也不尽相同。加之风电场风机分布较广，箱式变电站不具备远方监控功能，运行人员无法及时到达现场消除箱变缺陷，会导致箱变故障进一步扩大，从而影响风电场正常运行[1]。

2.运行事例分析

2.1 箱式变电站典型运行事例概况

2020年，我风电场67台风机运行正常，采用SB11-Z-1600/35型组合式箱式变电站[2]。六条风机线运行正常，#1主变运行正常，220kV设备运行正常，全场出力为15MW。此时220kV母线电压B相为129.754kV，35kV母线电压B相为21.553kV。风机690V网侧电压为684V。

当日凌晨5时左右，综合自动化监控系统报1号消弧消谐保护柜消弧控制器接地报警、1号消弧消谐保护柜消谐器故障报警、#3风机线整组启动、站用变接地报警、#1、#2、#4、#5、#6风机线接地报警，#1、#3电容器接地报警。35kV系统母线B相电压为零，A、C相电压升高为线电压。运行值班人员立即通知巡检人员对35kV开关设备进行检查，在检查35kV开关设备时发现消弧消谐装置报B相接地故障，同时B相合闸。随后巡检人员对消弧消谐装置复位，消弧消谐保护柜B相马上又合闸并报接地报警，判断是永久性接地故障后，运行人员立即向调度和上级领导进行了汇报并采用拉开开关法进行故障排查处理。五时四十分，运行人员拉开#3风机线315开关后，故障消失。判断#3风机线设备B相接地短路，随后安排检修人员对全场线路进行检查，发现#30箱变B相熔断器爆炸，箱变低压侧有严重的炸裂烧损现象，对故障进行隔离后，其他设备恢复正常运行。

35kV线路接地故障，发现#30箱式变电站低压室烧毁、B相插入式高压熔断器炸出，将高压熔断器保护帽弹飞，高压熔断器熔管飞出。对#30箱式变电站进行隔离后，剩余65台风机于中午时分恢复运行。造成电量损失大约10万度、#30箱变烧毁。

2.2 原因分析

#30箱变低压侧炸裂烧损，#30箱变高压侧B相熔断器熔断炸裂接地，A、C相熔断器熔断，#1消弧消谐保护柜消弧控制器B相动作接地，35kV系统B相电压为零，A、C相电压升高为线电压。

经过对#30箱变进行了全面检查，并对箱变绝缘电阻进行了测量，对地绝缘不符合要求，检查高、低压侧电缆未发现损坏，初步认定为箱变内部故障所致。并分析原因为由于低压侧三相母排相间及相对地之间有电弧产生，将690V断路器保护控制电源零线烧断，使690V断路器保护控制电源空开跳闸，在故障时，低压侧断路器拒动，造成事故扩大，将低压侧设备烧毁，同时使故障扩大到箱式变电站高压侧，引起高压侧电流过大使熔断器熔断，B相电流最大，熔断器爆炸导致B相接地。同时初步推测引起低压侧三相母排电弧产生的原因有三种，1）小动物钻入箱变内部，导致相间引起电弧放电；2）由于空气潮湿，绝缘强度下降，引起相间电弧放电；3）雷击造成三相雷击过电压，使三相产生电弧放电，具体原因还需进一步分析。

3.事故反思及箱变安全可靠性提高策略

以上事故充分暴露出箱式变电站存在的一些问题，以及箱变厂家在设计制造上的缺陷，我风场根据此次事故及以往运行经验并在现有基础上对箱式变电站进行了改造：

（1）箱式变电站低压侧布线不合理，低压侧断路器保护控制零线与箱式变电站低压侧进线母排距离太近，实测距离不到三厘米，且未做任何防火隔离，导致低压侧三相母排电弧放电产生高温后很快将其熔断，使低压侧断路器拒动，无法在第一时间切断电流。针对这一问题，我风场要求厂家重新对低压侧控制线路进行布线，将箱变控制回路远离低压侧发热设备器件，并在所有控制线路加装耐火套管，以保证在遇到同类问题或是低压侧设备温度过高导致保护设备控制回路失效而使故障扩大。

（2）在此次设备事故中，低压侧母排为最先产生电弧区域，对三相母排相间距离进行测量也满足国家规范要求，但是进一步检查发现，母排上的低压电缆进线的固定螺母长度较长，使母排间的有效电气距离缩小，同时由于施工安装的不精确以及运输过程中震动导致的低压母排架松动，使相间距离缩小，从而更容易造成相间电弧放电，根据此问题，我风场对所有箱变的低压侧母排架进行紧固，并扩大不同相母排间距，同时将母排上空余螺母拆除，更有效的提高相间电气绝缘间距，提高可靠性。

（3）认真分析此次事故，我们研究采取何种方式可有效地防止箱式变电站故障火灾蔓延，如何及时有效在第一时间将明火扑灭，减小设备损失。目前国内出现一种基于爆破管和高压灭火剂技术的消防器材，此设备利用爆破管缠绕到设备周围，同时连接一个高压灭火剂。当箱体内设备发生火灾时，温度超过爆破管临界温度后，爆破管会在离火源最近处爆开，使充斥在管内的高压灭火剂从破口处冲出，第一时间将明火熄灭，从而达到抑制火灾蔓延的效果，经过论证，此设备可以提高箱式变电站在遇到火灾时的安全系数。

（4）箱式变电站高压侧的插入式高压熔断器结构不合理，当箱式变电站因故障导致变压器内部压力过高时，高压熔断器熔管会高速冲出箱体，对于箱式变电站周围工作人员存在安全隐患，且插入式熔断器熔断效果完全取决于熔丝质量和安装制造工艺，要求很高，目前国内只有个别厂家具备生产此类产品的能力。

经过对箱式变电站运行的经验总结，箱式变电站的负荷开关操作可靠性不高，临近风电场出现过在多次操作箱式变电站负荷开关后，负荷开关出现卡死或失灵的现象。根据这种箱式变电站高压侧结构不合理问题，国内厂家提出了改进方案，其变压器本体部分依然为密封油浸式变压器，但高压侧的熔断器和负荷开关单独安装，与变压器本体隔离，采用手动式高压开关柜的结构，利用可靠性高的机械传动装置，且整套装置处于密封箱体外，便于操作维护。同时熔断器采用跌落式熔断器，这样对于箱变开断状态观察更为直观，并且跌落式熔断器安全可靠性更高。

4.箱式变电站智能化改造

我风场根据此次事故，对我风场现有箱式变电站如何实现智能化改造进行了讨论，并得出以下我风场认为可行性较高的方案，在此与读者交流。此方案为基于GPRS箱式变电站远程监控系统，由监控中心、GPRS通信网络和箱变监控终端3大部分构成（如图1所示）。箱式变电站智能监控终端安装在箱变内部，通过电压互感器（TV）和电流互感器（TA）对变压器一次和二次端的电气参数进行采集后定时发送给GPRS模块，GPRS模块再把数据发送到GPRS网中，上传到监控中心。

智能化改造其意义在于可以提高箱式变电站的安全性，提高箱式变电站供电的电能质量，提高箱式变电站供电的经济性，减轻箱式变电站运行维护的工作量，降低人为操作失误的概率[4]。这不仅有利于箱式变电站运行的安全性、经济性、可靠性等管理，而且为风电场的运行及性能指标的监视控制、发电方案优化等管理工作提供了有效的技术手段

5.结束语

以上为个人在风电场箱式变电站运行及故障处理中得出一些想法，总体而言，组合箱式变电站具有较高可靠性，但是风力发电发展十分迅速，并且随着智能化电网等新要求不断出现，风电场设备的可靠性要求也将越来越高，如何更好地提高设备的稳定性和可靠性，需要风电场运行人员与设备制造单位共同努力，使风力发电成为更加清洁稳定的电源。

参考文献

[1]廖顺明，刘启富.智能化箱式变电站的应用讨论[J].四川电力技术，2006，12.

[2]ABB组合式变压器说明书[S].

[3]杨晓梅，张建周，姚志强，王汉林.风电场箱式变电站监控系统的实现[J].电力系统通信，2010，3.

[4]钟庆，芮冬阳，等.箱式变电站智能化方案讨论[J].广东电力，2005，4.