风电机组重大事故分析(一)
本文摘要: 据英国风能机构的不完全统计,截至2009年12月31日,全球共发生风电机组重大事故715起,其中火灾事故138起,占总数的19 3%,位列第二位
二、集电线路及箱变高压侧断路器跳闸分析
据现场人员反映,机组发生着火事故后,故障机组的箱变高压侧有两相保险熔断导致高压侧跳闸。据了解,不少箱变的高压侧开关有保险熔断跳闸功能,而低压侧断路器没有自动跳闸装置。因此,机组故障时,低压侧断路器不可能断开。从风电机组系统设计来看,箱变和风电机组共同组成双重保护,按风电机组发电负荷从小到大的电流保护顺序是:变频器、箱变低压侧、箱变高压侧。在变频器断路器无法正常脱开的情况下,如果箱变低压侧不能及时跳闸,很容易造成事故扩大。
另外,机组主控报“电网掉电”和“交流电源”故障,与箱变高压侧两个保险断开的时间相对应,在后一个保险熔断时,箱变的高压侧开关跳闸,这与现场查看的箱变高压侧断路器跳闸及箱变高压侧两相保险熔断的事实相符。从主控看这两个故障信息的时间差为2s(主控的最小计时单位为s)。再从升压站的线路录波信息来看,事故机组所在线路发生了“三相电流不平衡”故障,时间为1s341ms,这再次与机组监控数据相吻合。
12:40:04,机组主控报“电网掉电”,箱变高压侧第一个保险熔断;12:40:06,主控报“交流电源故障”,箱变高压侧的另外一个相保险熔断,同时高压侧跳闸,机组与电网分离。
在事故发生时,事故机组同一线路的8台机组均处于低风速发电状态,发电功率不高,而事故机组耗电功率较大,单相耗电电流可能在机组的满负荷以上,当事故机组高压侧保险有一相熔断后,另外两相仍处于耗电状态,因此,集电线路出现了三相电流不平衡故障。当事故机组的箱变高压侧开关跳闸后,随着事故机组的切除线路恢复正常。
该风电场箱变高压侧电压为35kV,使用保险的容量为50A,由此核定出的箱变高压侧的容量值在3000kVA以上。从保险的熔断状况来看,在事故发生时,机组发热耗电功率很高。耗电产生的热量又主要集中在发电机定子上,发电机外壳的温升足以达到其附近可燃物,如:润滑系统、排气罩等的着火点,从而造成机组起火。
三、变频器并网开关不能分闸分析
变频器并网开关有失压脱扣功能,在失去外界供电时,并网开关就会断开,然而,当箱变的高压侧跳闸后,并网开关还一直处于闭合状态,即:在并网开关完全失电的状态下,也不能使其分闸,变频器并网开关属机械卡死的可能性极大。后来对事故机组的变频器并网开关进一步检查也证实不能分闸是由机械卡死所致。
究其原因,该风电场的所有机组是同一机型,与其他机组相比,事故机组地处凹地,处于两山之间,此机位的风速和风向变化极为频繁,通过主控记录数据发现,在事故发生前,因风速在切入风速附近频繁且大幅度地波动,导致机组并网频繁。平均每4-8分钟出现一次“低风切出”的触发与复位:当风大的时候,机组还在启机阶段,而并网之后,风速下降,风能低于机组维持发正电时所需要的能量,机组又迅速“低风切出”,这不仅对机组发电不利,而且,与同一风电场其他机组相比,在同样时间内变频器的并网次数增加,合闸后不能断开的概率大大增加,致使发生分闸脱扣线圈发热以及脱扣机械机构出现卡塞的概率增加,最终导致变频器并网开关无法正常分闸。在事故发生时,事故机组并网开关的动作次数为18645次,而同期投入运行的其他机组一般在6000-7000左右,也说明了该机组所在机位风况变化的频繁程度。
按照事故机组变频器厂家对所用并网开关(ABB)的使用说明,当并网开关的动作次数达到15000次后要根据具体情况判定是否可以继续使用,而且,在工作到20000次后,应当作报废处理。在事故发生时,并网开关工作的次数已达18645次。另据现场了解,该机组在事故前的一次机组维护中,没有对并网开关进行维护。因此,并网开关维护和检修不当,是造成此次并网开关不能分闸的重要原因,也是本次事故的原因之一。