吳　迪

海上風(fēng)電場線路保護跳閘事故分析及預(yù)防

吳迪

(江蘇明強新能源技術(shù)開發(fā)有限公司，江蘇 南通 226000)

我國的海上風(fēng)電開發(fā)與陸上風(fēng)電開發(fā)起步較晚，相關(guān)領(lǐng)域的研究也比較滯后。近年來，隨著我國海上風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模的逐步擴大，風(fēng)電運營部門需要針對風(fēng)電場在運行過程中可能發(fā)生的各類故障，及時做好處理預(yù)案，以提高運行效率。通過分析某海上風(fēng)電場在主變壓器倒送電期間，海上升壓站線路保護裝置發(fā)生跳閘事故的過程和原因，結(jié)合故障波形、相關(guān)數(shù)據(jù)提出了針對性的解決方案，以期為處理及預(yù)防同類事故提供參考。

海上風(fēng)電場；線路保護跳閘事故；處理方法；預(yù)防對策

海上風(fēng)力發(fā)電具有不占用土地資源、功率密度高、發(fā)電利用小時數(shù)高、發(fā)展?jié)摿Υ蟮戎T多優(yōu)勢。我國的海上風(fēng)力發(fā)電由于起步時間較晚，相關(guān)研究主要集中在陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電的技術(shù)儲備嚴(yán)重不足[1]。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電的風(fēng)力資源更為豐富，風(fēng)速以及風(fēng)向穩(wěn)定，而且不占用陸地空間，適合進行大規(guī)模開發(fā)。

相關(guān)研究表明，當(dāng)風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)時，會產(chǎn)生很強的短路電流，這會對電路的繼電保護系統(tǒng)造成非常大的影響。為避免因短路電流導(dǎo)致的電網(wǎng)故障，風(fēng)機設(shè)備需要具備一定的低電壓穿越能力[2]。

1　海上風(fēng)電場線路保護跳閘事故過程

某個海上風(fēng)電場海上升壓站220kV的海纜采用雙重化設(shè)計，配備兩套線路保護裝置[3]。第一套海纜線路采用的是南京某企業(yè)生產(chǎn)的PCS-931SA-G類型線路保護裝置；第二套線路采用的是某繼保自動化有限公司生產(chǎn)的PRS-753-A-G類型線路保護裝置。

2020年1月15號晚10點，該海上風(fēng)電場運轉(zhuǎn)工作人員在接到調(diào)度指令之后，開始對主變壓器進行沖擊，42分19秒后海纜線路開關(guān)跳閘，線路失電。

在跳閘事故發(fā)生后，工作人員第一時間對繼電保護相關(guān)設(shè)備進行了詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)海纜線路保護第二套裝置的保護動作C相跳閘、單跳失敗三跳、保護動作A、B、C三相跳閘。其它的保護裝置都沒有采取保護動作，第一套設(shè)備沒有任何不正常的狀況。通過對現(xiàn)場調(diào)出的線路保護裝置的動作波形和故障錄波裝置波形進行認(rèn)真比對以及分析后能夠發(fā)現(xiàn)，在跳閘之前各相電流電壓波形顯示都沒有任何異常狀況。故障錄波裝置在進行保護動作時收到從保護設(shè)備發(fā)出的A、B、C三相跳閘命令，而且A、B、C這三個跳閘命令同時間內(nèi)返回。線路保護裝置在保護動作開始1ms之后，裝置C相跳閘回采開入信號處于不正常狀態(tài)，C相一直有電流經(jīng)過，157ms符合設(shè)備單跳失敗三跳保護邏輯，158ms保護動作A、B、C 三相跳閘。通過以上分析發(fā)現(xiàn)，此次跳閘事故大概率是由海纜線路第二套保護裝置誤動作而導(dǎo)致[4]。

2　事故原因分析

該海上風(fēng)場工作人員與第二套保護裝置的生產(chǎn)廠家聯(lián)合對PRS-753-A-G型線路保護設(shè)備的故障原因進行深入分析，在排除了軟件故障、設(shè)備老化等因素后，發(fā)現(xiàn)是線路保護裝置C相跳閘回采開入信號有硬件故障。在現(xiàn)場將線路保護裝置相應(yīng)的回采開入信號插件拆卸下來進行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)保護計算機系統(tǒng)的運算和控制核心插件的內(nèi)部插針有著不正常彎曲的情況。

3　事故處理方法與預(yù)防對策

3.1　事故處理方法

(1)更換線路保護裝置。海上風(fēng)電場現(xiàn)場生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在第一時間更換問題線路保護裝置，并且依照行業(yè)流程以及規(guī)范對更換后的線路保護裝置重新進行檢查。當(dāng)確認(rèn)線路保護裝置各項檢查都沒有誤差之后，方可根據(jù)調(diào)度許可將有關(guān)裝置重新投入運轉(zhuǎn)之中。

(2)讓相間元件不動作。若線路出現(xiàn)單相接地故障時，讓相間元件不動作，可以解決線路保護跳閘以及其它相關(guān)性問題。工作人員在進行處理時，要先確定選相元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，工作人員僅需對線路保護跳閘故障有關(guān)的繼電器元件進行檢測，便可確定故障類型，能極大降低故障排查難度，提升故障排除速度。需要重視的是，在進行故障排查時應(yīng)當(dāng)注意接地故障以及相間短路的區(qū)別，二者之間的區(qū)分方法為判斷線路是否有零序電流經(jīng)過。

(3)修改閉鎖邏輯。在修改閉鎖邏輯時，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重新設(shè)置保護選相元件的操作條件，在新設(shè)置中添加“選多相”選擇，在此選擇之下唯有當(dāng)時間距離元件動作、定值中“相間距離Ⅱ段閉”重置1，并且保護選相元件滿足“選多相”選擇時，系統(tǒng)才會出現(xiàn)閉鎖。在出現(xiàn)單相接地故障時，技術(shù)人員可以通過選取單相控制、聯(lián)絡(luò)線等方式實現(xiàn)選相跳閘以及重合。

(4)單相接地故障時的相間距離動作處理、三跳不重合閘。在采用傳統(tǒng)思路處理線路的單相接地故障時，相間距離保護不會有動作。但是從線路管控的角度來處理單相接地故障時，需要計算故障發(fā)生時的電壓以和電流，如若測量阻抗落在阻抗圓內(nèi)部，則說明線路有一定的過渡電阻，線路保護裝置便會啟動。

3.2　事故預(yù)防措施

(1)定期維護蓄電池。蓄電池的電壓、電量穩(wěn)定可靠是保障海上風(fēng)電場正常運行的關(guān)鍵。若是蓄電池的電壓不能保持在正常范圍之內(nèi)，線路保護裝置就不能正常運做，容易引發(fā)跳閘事故，使得線路發(fā)生破損，影響海上風(fēng)電場的正常運轉(zhuǎn)。若蓄電池電量不充足，會導(dǎo)致內(nèi)阻變大，使得電池的承載力下降，會極大降低電池的使用效率，對電力設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

(2)做好驗收工作。在海上風(fēng)電場建設(shè)施工完成之后，運營單位應(yīng)當(dāng)對風(fēng)電場線路進行全面檢驗。風(fēng)電場驗收工作包含電路質(zhì)量、運行調(diào)試等環(huán)節(jié)，若在檢測的過程中出現(xiàn)問題，應(yīng)責(zé)成相關(guān)部門立即進行整改、調(diào)整。在驗收過程中，應(yīng)當(dāng)基于“全面、嚴(yán)格、準(zhǔn)確”的原則，構(gòu)建科學(xué)的驗收標(biāo)準(zhǔn)。不同設(shè)備一般有不同的驗收標(biāo)準(zhǔn)，因此，驗收人員需要對驗收標(biāo)準(zhǔn)進行分解、細(xì)化，避免在驗收的過程中出現(xiàn)偏差。

(3)加強檢查、運轉(zhuǎn)調(diào)試以及監(jiān)督管理。為確保海上風(fēng)電場線路保護裝置能夠正常運行，工作人員應(yīng)當(dāng)對運轉(zhuǎn)中的線路保護裝置以及二次回路進行定期檢查，若發(fā)現(xiàn)線路保護裝置運行異常時，應(yīng)第一時間向技術(shù)主管或上級主管部門進行匯報，并及時對異常設(shè)備進行調(diào)整或維修。

(4)保證設(shè)備質(zhì)量。線路保護裝置的生產(chǎn)廠家應(yīng)當(dāng)將提高產(chǎn)品的性能與質(zhì)量作為生產(chǎn)工作的重中之重，注重解決已有產(chǎn)品所存在的缺陷，努力提升設(shè)備質(zhì)量的可靠性。

4　結(jié)語

引發(fā)海上風(fēng)電場線路保護跳閘事故的原因有很多，線路保護跳閘會導(dǎo)致電量損失能，影響線路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會降低電力資源使用的安全性。通過剖析海上風(fēng)電場線路保護跳閘事故發(fā)生的過程以及原因，并提出科學(xué)、合理的解決措施，可有效降低線路保護跳閘事故發(fā)生的概率，提高變電站線路運轉(zhuǎn)環(huán)境的安全性。

[1] 周喜樂.某風(fēng)電場全停事故的分析與探討[J].工程技術(shù)(引文版),2016,6(16)37-38.

[2] 胡佳.淺析風(fēng)電場35kV集電線路跳閘原因及防范措施[J].數(shù)字化用戶,2017,23(22):44.

[3] 盧智雪,劉天琪,丁媛媛.海上風(fēng)電場故障特性及保護配合的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2018,46(10):144-151.

[4] 宋成杰,尹紅軍.淺談配電線路跳閘故障原因分析及預(yù)防措施[J].卷宗,2017,(3):120.

Analysis and prevention of line protection trip accident in offshore wind farm

WU Di

(Jiangsu Mingqiang New Energy Technology Development Co, LTD, Nantong, Jiangsu 226000, China)

China's offshore wind power development started late compared with onshore wind power development, and research in related fields is also lagging. In recent years, with the gradual expansion of the construction scale of China's offshore wind farms, the wind power operation department needs to deal with the various types of faults that may occur during the operation of wind farms, and make timely plans to improve the operation efficiency. By analyzing the process and causes of a tripping accident of a line protection device in an offshore wind farm during the main transformer back feed, the targeted solution is proposed by combining the fault waveform and relevant data, to provide a reference for handling and preventing similar accidents.

offshore wind farm; line protection trip accident; treatment method; prevention countermeasures

TM614

A

2096–8736(2022)06–0046–03

吳迪(1968—)，男，江蘇南通人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向為風(fēng)電光伏新能源工程。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立