淺析風電場箱式變電站可靠性提高策略

【摘要】本文通過風力發電場箱式變電站實際運行情況及故障分析，對箱式變電站提出幾點可靠性提高整改措施，同時基于國內已經出現的箱式變電站智能化改造技術，結合風場實際情況，提出幾點看法。以方便風電場日常的運行維護，同時提高風電場運行的可靠性。

【關鍵詞】風力發電場；箱式變電站；可靠性；智能化改造

1.引言

目前風電場單臺風機升壓設備大多采用油浸式箱式變電站，雖然箱式變電站應用廣泛，且技術相對成熟，但在風電場惡劣的戶外條件下運行，還是存在一些運行缺陷，同時根據不同廠家生產工藝及技術條件的差異，運行缺陷也不盡相同。加之風電場風機分布較廣，箱式變電站不具備遠方監控功能，運行人員無法及時到達現場消除箱變缺陷，會導致箱變故障進一步擴大，從而影響風電場正常運行[1]。

2.運行事例分析

2.1 箱式變電站典型運行事例概況

2011年，我風電場66臺風機運行正常，采用SB11-Z-1600/35型組合式箱式變電站[2]。六條風機線運行正常，#1主變運行正常，220kV設備運行正常，全場出力為15MW。此時220kV母線電壓B相為129.754kV，35kV母線電壓B相為21.553kV。風機690V網側電壓為684V。

當日凌晨5時左右，綜合自動化監控系統報1號消弧消諧保護柜消弧控制器接地報警、1號消弧消諧保護柜消諧器故障報警、#3風機線整組啟動、站用變接地報警、#1、#2、#4、#5、#6風機線接地報警，#1、#3電容器接地報警。35kV系統母線B相電壓為零，A、C相電壓升高為線電壓。運行值班人員立即通知巡檢人員對35kV開關設備進行檢查，在檢查35kV開關設備時發現消弧消諧裝置報B相接地故障，同時B相合閘。隨后巡檢人員對消弧消諧裝置復位，消弧消諧保護柜B相馬上又合閘并報接地報警，判斷是永久性接地故障后，運行人員立即向調度和上級領導進行了匯報并采用拉開開關法進行故障排查處理。五時四十分，運行人員拉開#3風機線315開關后，故障消失。判斷#3風機線設備B相接地短路，隨后安排檢修人員對全場線路進行檢查，發現#30箱變B相熔斷器爆炸，箱變低壓側有嚴重的炸裂燒損現象，對故障進行隔離后，其他設備恢復正常運行。

35kV線路接地故障，發現#30箱式變電站低壓室燒毀、B相插入式高壓熔斷器炸出，將高壓熔斷器保護帽彈飛，高壓熔斷器熔管飛出。對#30箱式變電站進行隔離后，剩余65臺風機于中午時分恢復運行。造成電量損失大約10萬度、#30箱變燒毀。

2.2 原因分析

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

經過對#30箱變進行了全面檢查，并對箱變絕緣電阻進行了測量，對地絕緣不符合要求，檢查高、低壓側電纜未發現損壞，初步認定為箱變內部故障所致。并分析原因為由于低壓側三相母排相間及相對地之間有電弧產生，將690V斷路器保護控制電源零線燒斷，使690V斷路器保護控制電源空開跳閘，在故障時，低壓側斷路器拒動，造成事故擴大，將低壓側設備燒毀，同時使故障擴大到箱式變電站高壓側，引起高壓側電流過大使熔斷器熔斷，B相電流最大，熔斷器爆炸導致B相接地。同時初步推測引起低壓側三相母排電弧產生的原因有三種，1）小動物鉆入箱變內部，導致相間引起電弧放電；2）由于空氣潮濕，絕緣強度下降，引起相間電弧放電；3）雷擊造成三相雷擊過電壓，使三相產生電弧放電，具體原因還需進一步分析。

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題，以及箱變廠家在設計制造上的缺陷，我風場根據此次事故及以往運行經驗并在現有基礎上對箱式變電站進行了改造：

（1）箱式變電站低壓側布線不合理，低壓側斷路器保護控制零線與箱式變電站低壓側進線母排距離太近，實測距離不到三厘米，且未做任何防火隔離，導致低壓側三相母排電弧放電產生高溫后很快將其熔斷，使低壓側斷路器拒動，無法在第一時間切斷電流。針對這一問題，我風場要求廠家重新對低壓側控制線路進行布線，將箱變控制回路遠離低壓側發熱設備器件，并在所有控制線路加裝耐火套管，以保證在遇到同類問題或是低壓側設備溫度過高導致保護設備控制回路失效而使故障擴大。

（2）在此次設備事故中，低壓側母排為最先產生電弧區域，對三相母排相間距離進行測量也滿足國家規范要求，但是進一步檢查發現，母排上的低壓電纜進線的固定螺母長度較長，使母排間的有效電氣距離縮小，同時由于施工安裝的不精確以及運輸過程中震動導致的低壓母排架松動，使相間距離縮小，從而更容易造成相間電弧放電，根據此問題，我風場對所有箱變的低壓側母排架進行緊固，并擴大不同相母排間距，同時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蔓延，如何及時有效在第一時間將明火撲滅，減小設備損失。目前國內出現一種基于爆破管和高壓滅火劑技術的消防器材，此設備利用爆破管纏繞到設備周圍，同時連接一個高壓滅火劑。當箱體內設備發生火災時，溫度超過爆破管臨界溫度后，爆破管會在離火源最近處爆開，使充斥在管內的高壓滅火劑從破口處沖出，第一時間將明火熄滅，從而達到抑制火災蔓延的效果，經過論證，此設備可以提高箱式變電站在遇到火災時的安全系數。

（4）箱式變電站高壓側的插入式高壓熔斷器結構不合理，當箱式變電站因故障導致變壓器內部壓力過高時，高壓熔斷器熔管會高速沖出箱體，對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量和安裝制造工藝，要求很高，目前國內只有個別廠家具備生產此類產品的能力。

經過對箱式變電站運行的經驗總結，箱式變電站的負荷開關操作可靠性不高，臨近風電場出現過在多次操作箱式變電站負荷開關后，負荷開關出現卡死或失靈的現象。根據這種箱式變電站高壓側結構不合理問題，國內廠家提出了改進方案，其變壓器本體部分依然為密封油浸式變壓器，但高壓側的熔斷器和負荷開關單獨安裝，與變壓器本體隔離，采用手動式高壓開關柜的結構，利用可靠性高的機械傳動裝置，且整套裝置處于密封箱體外，便于操作維護。同時熔斷器采用跌落式熔斷器，這樣對于箱變開斷狀態觀察更為直觀，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

我風場根據此次事故，對我風場現有箱式變電站如何實現智能化改造進行了討論，并得出以下我風場認為可行性較高的方案，在此與讀者交流。此方案為基于GPRS箱式變電站遠程監控系統，由監控中心、GPRS通信網絡和箱變監控終端3大部分構成（如圖1所示）。箱式變電站智能監控終端安裝在箱變內部，通過電壓互感器（TV）和電流互感器（TA）對變壓器一次和二次端的電氣參數進行采集后定時發送給GPRS模塊，GPRS模塊再把數據發送到GPRS網中，上傳到監控中心。

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量，提高箱式變電站供電的經濟性，減輕箱式變電站運行維護的工作量，降低人為操作失誤的概率[4]。這不僅有利于箱式變電站運行的安全性、經濟性、可靠性等管理，而且為風電場的運行及性能指標的監視控制、發電方案優化等管理工作提供了有效的技術手段

5.結束語

以上為個人在風電場箱式變電站運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，但是風力發電發展十分迅速，并且隨著智能化電網等新要求不斷出現，風電場設備的可靠性要求也將越來越高，如何更好地提高設備的穩定性和可靠性，需要風電場運行人員與設備制造單位共同努力，使風力發電成為更加清潔穩定的電源。

參考文獻

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

[2]ABB組合式變壓器說明書[S].

[3]楊曉梅，張建周，姚志強，王漢林.風電場箱式變電站監控系統的實現[J].電力系統通信，2010，3.

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

作者簡介：

彭加立（1963—），男，高級工程師，中國水電顧問集團投資有限公司運營管理部主任，主要從事發電企業運營管理工作。

尹浩霖（1987—），男，助理工程師，中國水電顧問集團投資有限公司運營管理部運營管理主辦，主要從事發電企業運營管理工作。