海上風(fēng)電場(chǎng)線路保護(hù)跳閘事故分析及預(yù)防

吳　迪

海上風(fēng)電場(chǎng)線路保護(hù)跳閘事故分析及預(yù)防

吳迪

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

我國(guó)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(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，風(fēng)電運(yùn)營(yíng)部門需要針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行過程中可能發(fā)生的各類故障，及時(shí)做好處理預(yù)案，以提高運(yùn)行效率。通過分析某海上風(fēng)電場(chǎng)在主變壓器倒送電期間，海上升壓站線路保護(hù)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(duì)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(chǎng)；線路保護(hù)跳閘事故；處理方法；預(yù)防對(duì)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(shí)數(shù)高、發(fā)展?jié)摿Υ蟮戎T多優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的海上風(fēng)力發(fā)電由于起步時(shí)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(chǔ)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(jìn)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的短路電流，這會(huì)對(duì)電路的繼電保護(hù)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(jī)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(chǎng)線路保護(hù)跳閘事故過程

某個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站220kV的海纜采用雙重化設(shè)計(jì)，配備兩套線路保護(hù)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(hù)裝置；第二套線路采用的是某繼保自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的PRS-753-A-G類型線路保護(hù)裝置。

2020年1月15號(hào)晚10點(diǎn)，該海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)工作人員在接到調(diào)度指令之后，開始對(duì)主變壓器進(jìn)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(shí)間對(duì)繼電保護(hù)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)海纜線路保護(hù)第二套裝置的保護(hù)動(dòng)作C相跳閘、單跳失敗三跳、保護(hù)動(dòng)作A、B、C三相跳閘。其它的保護(hù)裝置都沒有采取保護(hù)動(dòng)作，第一套設(shè)備沒有任何不正常的狀況。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)出的線路保護(hù)裝置的動(dòng)作波形和故障錄波裝置波形進(jìn)行認(rèn)真比對(duì)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(jìn)行保護(hù)動(dòng)作時(shí)收到從保護(hù)設(shè)備發(fā)出的A、B、C三相跳閘命令，而且A、B、C這三個(gè)跳閘命令同時(shí)間內(nèi)返回。線路保護(hù)裝置在保護(hù)動(dòng)作開始1ms之后，裝置C相跳閘回采開入信號(hào)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(hù)邏輯，158ms保護(hù)動(dòng)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(hù)裝置誤動(dòng)作而導(dǎo)致[4]。

2　事故原因分析

該海上風(fēng)場(chǎng)工作人員與第二套保護(hù)裝置的生產(chǎn)廠家聯(lián)合對(duì)PRS-753-A-G型線路保護(hù)設(shè)備的故障原因進(jìn)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(hù)裝置C相跳閘回采開入信號(hào)有硬件故障。在現(xiàn)場(chǎng)將線路保護(hù)裝置相應(yīng)的回采開入信號(hào)插件拆卸下來進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)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(duì)策

3.1　事故處理方法

(1)更換線路保護(hù)裝置。海上風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在第一時(shí)間更換問題線路保護(hù)裝置，并且依照行業(yè)流程以及規(guī)范對(duì)更換后的線路保護(hù)裝置重新進(jìn)行檢查。當(dāng)確認(rèn)線路保護(hù)裝置各項(xiàng)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(yùn)轉(zhuǎn)之中。

(2)讓相間元件不動(dòng)作。若線路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，讓相間元件不動(dòng)作，可以解決線路保護(hù)跳閘以及其它相關(guān)性問題。工作人員在進(jìn)行處理時(shí)，要先確定選相元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，工作人員僅需對(duì)線路保護(hù)跳閘故障有關(guān)的繼電器元件進(jìn)行檢測(cè)，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(jìn)行故障排查時(shí)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(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重新設(shè)置保護(hù)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(shí)間距離元件動(dòng)作、定值中“相間距離Ⅱ段閉”重置1，并且保護(hù)選相元件滿足“選多相”選擇時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)出現(xiàn)閉鎖。在出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，技術(shù)人員可以通過選取單相控制、聯(lián)絡(luò)線等方式實(shí)現(xiàn)選相跳閘以及重合。

(4)單相接地故障時(shí)的相間距離動(dòng)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(shí)，相間距離保護(hù)不會(huì)有動(dòng)作。但是從線路管控的角度來處理單相接地故障時(shí)，需要計(jì)算故障發(fā)生時(shí)的電壓以和電流，如若測(cè)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(hù)裝置便會(huì)啟動(dòng)。

3.2　事故預(yù)防措施

(1)定期維護(hù)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(chǎng)正常運(yùn)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(hù)裝置就不能正常運(yùn)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(chǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若蓄電池電量不充足，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻變大，使得電池的承載力下降，會(huì)極大降低電池的使用效率，對(duì)電力設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

(2)做好驗(yàn)收工作。在海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)施工完成之后，運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)線路進(jìn)行全面檢驗(yàn)。風(fēng)電場(chǎng)驗(yàn)收工作包含電路質(zhì)量、運(yùn)行調(diào)試等環(huán)節(jié)，若在檢測(cè)的過程中出現(xiàn)問題，應(yīng)責(zé)成相關(guān)部門立即進(jìn)行整改、調(diào)整。在驗(yàn)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。不同設(shè)備一般有不同的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，因此，驗(yàn)收人員需要對(duì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分解、細(xì)化，避免在驗(yàn)收的過程中出現(xiàn)偏差。

(3)加強(qiáng)檢查、運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試以及監(jiān)督管理。為確保海上風(fēng)電場(chǎng)線路保護(hù)裝置能夠正常運(yùn)行，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的線路保護(hù)裝置以及二次回路進(jìn)行定期檢查，若發(fā)現(xiàn)線路保護(hù)裝置運(yùn)行異常時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間向技術(shù)主管或上級(jí)主管部門進(jìn)行匯報(bào)，并及時(shí)對(duì)異常設(shè)備進(jìn)行調(diào)整或維修。

(4)保證設(shè)備質(zhì)量。線路保護(hù)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(chǎng)線路保護(hù)跳閘事故的原因有很多，線路保護(hù)跳閘會(huì)導(dǎo)致電量損失能，影響線路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會(huì)降低電力資源使用的安全性。通過剖析海上風(fēng)電場(chǎng)線路保護(hù)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(hù)跳閘事故發(fā)生的概率，提高變電站線路運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的安全性。

[1] 周喜樂.某風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)故障特性及保護(hù)配合的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)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?yàn)轱L(fēng)電光伏新能源工程。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立