文 | 王一剛

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風電場電氣設備預防性試驗重要性淺析

文 | 王一剛

隨著國家對新能源產業(yè)的高度重視，近年來西北地區(qū)因得天獨厚的風能資源優(yōu)勢，有越來越多的風電場投入運行。一般情況下，100MW或50MW的風電場需配套一個110kV變電站，個別規(guī)模較大的新能源企業(yè)所在區(qū)域裝機容量超過百萬千瓦，110kV變電站的數量超過10座以上，一旦變電站主設備出現(xiàn)故障將引起全場停電，所以業(yè)主方應將變電站的預防性試驗和風電機組的年度定檢提高到同等重要的地位。風電機組在3年－5年質保期內的定檢維護主要依靠廠家完成，而變電站在1年的質保期滿后將完全由業(yè)主方維護，如何管理維護好變電站成為新能源企業(yè)亟待解決的問題。

電氣設備預防性試驗是指對已投運的設備按照規(guī)定的試驗條件、試驗項目和試驗周期進行的檢查、試驗或監(jiān)測。它是判斷設備能否繼續(xù)投入運行、預防發(fā)生事故或設備損壞以及保證設備安全運行的重要保障。

風電場設備運行中較頻發(fā)的故障

由于受到國家新能源上網電價政策變化和業(yè)主方內部年底考核等因素的影響，風電場建設存在不同程度的趕工期、搶電價現(xiàn)象，尤其西北地區(qū)風電場的并網時間在年底，冬季施工現(xiàn)象較普遍，由此造成后期設備運行中較頻繁出現(xiàn)各種故障，這對電氣設備安裝、調試提出了更高的要求。風電場較頻發(fā)的故障主要有以下幾種：

（一）35kV電纜終端頭擊穿爆炸：主要集中于35kV開關柜下側、箱式變壓器高壓室電纜終端頭處、場區(qū)35kV架空集電線路終端桿處、箱變高壓側電纜與門型架連接處。通過對多起事故電纜頭解刨后發(fā)現(xiàn)，在電纜頭制作過程中，普遍存在半導體材料未處理干凈、斷面處理參差不齊、有明顯的毛刺和刀痕等工藝問題，如圖1、圖2所示。這些問題可能造成局部過電壓，導致絕緣受損，電纜頭溫度升高，最終電纜頭擊穿爆炸。此外，假冒偽劣、以次充好的電纜頭也時常出現(xiàn)。由此可見，在施工階段對電纜頭制作工藝進行嚴格把關顯得尤為重要。

（二）箱式變壓器故障：風電場箱變的巡檢是定期維護工作的重要組成部分，常見故障主要包括箱變焊接砂眼造成的滲漏油、繞組短路引起油質劣化造成壓力釋放閥炸裂噴油（圖3）、高壓側過電壓保護器炸裂、高壓熔斷器熔斷脫槽（圖4）、低壓側斷路器分/合閘失靈等，以上各種故障主要是由箱變制造及運輸造成的。運行人員在現(xiàn)場工作中要做好箱變的定期巡檢記錄和年度預防性試驗，箱變分合閘操作嚴格按照規(guī)程來執(zhí)行。

（三）其他常見故障：公網系統(tǒng)發(fā)生事故或本站高壓側母線及其分路故障致使全站失壓、集電線路引流線松動引起的單相短路故障、SVG無功補償裝置跳閘等。

風電場主設備預防性試驗

一、電力變壓器的預防性試驗項目

西北地區(qū)風電場普遍運行的變壓器有110kV、35kV油浸式變壓器和400V干式變壓器三種。400V干式變壓器主要作為第二路安保電源（備用變壓器），在110kV送出線路失電的情況下給全站控制設備和生活設施供電。35kV油浸式變壓器將風電機組的出口電壓由690V（660V）升壓至35kV，其全部安裝于風電場區(qū)內，配套有35kV集電線路；110kV變壓器安裝于升壓站內，通過開關、刀閘等設備與35kV集電線路相連接。

根據《DL/T 596－1996 電力設備預防性試驗規(guī)程》的規(guī)定，結合西北地區(qū)風電場大多處于風沙較大、氣候干燥、地理位置偏遠的情況，電力變壓器的預防性試驗項目主要有：

（一）油中溶解氣體色譜分析：利用氣相色譜法預測變壓器的潛伏性故障是通過定性、定量分析溶于變壓器絕緣油中的氣體來實現(xiàn)的。大量試驗表明，導致變壓器內部析出氣體的主要原因為局部過熱（鐵芯、繞組、觸點等）、局部電暈放電和電?。ㄔ?、層間短路、沿面放電、觸點斷開等）。這些現(xiàn)象都會引起變壓器油和固體絕緣的裂解，從而產生氣體。產生的氣體主要有氫、烴類氣體（甲烷、乙烷；乙炔、乙烯；丙烷、丙烯等）、CO、CO2等。

（二）測量繞組的直流電阻：變壓器內部繞組焊接質量和分接開關的接觸好壞主要通過對繞組直阻的測量來實現(xiàn)。其主要目的是：檢查繞組焊接質量；檢查分接開關各位置接觸是否良好；檢查繞組或引出線有無折斷處；檢查層、匝間有無短路現(xiàn)象；檢查并聯(lián)支路的正確性及是否存在由幾條并聯(lián)導線繞成的繞組發(fā)生一處或幾處斷線的情況。

（三）測量絕緣電阻及吸收比：測量繞組連同套管一起的絕緣電阻及吸收比，對檢查變壓器整體的絕緣狀況具有較高的靈敏度，能有效地檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷，如：瓷件破裂、引線接殼等。

（四）測量繞組的介損因數tanδ：主要用來檢查變壓器整體受潮、油質劣化、繞組上附著油泥及嚴重的局部缺陷等。

（五）交流耐壓試驗：通過對變壓器進行交流耐壓試驗，可以有效鑒定絕緣強度，尤其對考核主絕緣的局部強度具有決定性作用，如繞組主絕緣受潮、開裂或者在運輸途中造成的繞組松動、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。

（六）繞組變形試驗：繞組變形主要包括軸向和徑向尺寸的變化、器身位移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。目前國內外常用的檢測方法有：低壓脈沖法、頻率響應分析法、短路阻抗法等。

（七）有載調壓切換裝置的檢查和試驗：其故障主要有兩類：一是調壓開關驅動機構故障，如電動機構連動、箱體進水、齒輪盒滲漏油、彈簧儲能不足等；二是開關本體故障，如油室滲漏油、緊固件松動、觸頭運動卡滯、觸頭磨損導致接觸不良等。

（八）絕緣油的簡化試驗：主要包括微水測量、酸值、水溶性酸、閃點，若有必要還需做體積電阻率的測量等。絕緣油從變壓器中部、下部取樣。

本文需指出的是，西北地區(qū)風電場大多使用35kV的箱式變壓器，以裝機容量為100MW的風電場（1.5MW風電機組）為例，其安裝的箱式變壓器有66臺，若每臺箱變均做以上試驗項目的話，對風電場業(yè)主來說其檢測費用很高，通常采用抽檢的做法，即油色譜分析全檢，其余試驗項目按箱變數量30%－50%的比例抽檢，以后逐年進行滾動抽檢。

二、互感器的預防性試驗項目

（一）電流互感器的試驗項目：測量tanδ及電容量、測量繞組及末屏的絕緣電阻、油中溶解氣體色譜分析、交流耐壓試驗、局部放電測量。

（二）電磁式電壓互感器的試驗項目：測量絕緣電阻、測量tanδ、油中溶解氣體色譜分析、交流耐壓試驗、局部放電測量。

三、開關電器的預防性試驗項目

（一）110kV/35kV電壓等級SF6斷路器的試驗項目：SF6氣體濕度檢測、測量絕緣電阻、測量合閘電阻值及合閘電阻的投入時間、測量導電回路電阻、壓力表校驗、液（氣）壓操動機構的泄露試驗、機械特性試驗等。

（二）35kV電壓等級真空斷路器的試驗項目：測量絕緣電阻、交流耐壓試驗、測量導電回路電阻、測量合閘接觸器和分/合閘電磁鐵線圈的直流電阻。

（三）35kV高壓開關柜試驗項目：除絕緣電阻和導電回路電阻測量等常規(guī)項目外，還需進行五防性能檢查。

四、35kV電力電纜的預防性試驗項目

風電場大多使用35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣皮電力電纜，主要用在集電線路終端桿至升壓站內35kV開關柜段。其試驗項目主要有：測量絕緣電阻、測量銅屏蔽層電阻和導體電阻比、電纜變頻交聯(lián)耐壓試驗。

五、避雷器和絕緣子的預防性試驗項目

（一）金屬氧化物避雷器試驗項目：絕緣電阻、測量直流1mA時的臨界動作電壓U1mA、測量0.75U1mA直流電壓下的泄露電流、測量運行電壓下交流泄露電流。

（二）支柱絕緣子試驗項目：零值絕緣子檢測、測量絕緣電阻、交流耐壓試驗、測量絕緣子表面污穢物的等值鹽密。運行中發(fā)現(xiàn)有破損的絕緣子應及時更換。

風電場繼電保護裝置試驗

風電場繼電保護裝置的試驗主要是對主變壓器、35kV集電線路、35kV/110kV母線的保護裝置進行整組傳動試驗。同時，對繼電保護二次回路進行檢驗，構成接線回路最重要的設備是接線端子和導線，此部分檢查主要有兩方面：一是外觀檢查，是否存在虛接、脫落等現(xiàn)象；其次是規(guī)范性檢查，優(yōu)秀的施工工藝是繼電保護正常運行的首要保證，特別是在惡劣環(huán)境下長期運行后，接線工藝良莠造成的差別將凸顯出來。

結語

風電場通過開展年度預防性試驗工作，可以及時發(fā)現(xiàn)電氣設備絕緣內部隱藏的缺陷，并通過檢修加以消除，嚴重者必須予以更換，以免設備在運行中發(fā)生絕緣擊穿，造成停電或設備損壞等不可挽回的損失。建立規(guī)范完整的設備臺賬，對設備的出廠檢驗報告、交接試驗以及自投運以來進行的檢修、試驗全部詳細記錄，形成全生命周期管理，做到有據可查。

通過預防性試驗測得設備各項參數，根據臺賬記錄對歷次試驗數據作前后對比，可分析出設備性能變化規(guī)律，掌握發(fā)展趨勢，從而根據規(guī)律預測設備的健康程度，并結合運行狀態(tài)，對運行中的電氣設備進行科學的評估，實現(xiàn)預知性維護，避免設備帶病運行造成事故擴大或設備不可修復的損壞。

（作者單位：中國三峽新能源公司西北分公司）