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110kV线路缺相故障对双馈风机运行影响的分析
110kV线路缺相故障对双馈风机
运行影响的分析
查显宝
(北京国电思达科技有限公司 北京 100039)
【摘 要】随着风电的快速发展以及随之出现的风电“消纳”问题,风电对电网的影响受到了越来越多的关注,但电网的不稳定或故障对风电机组的影响往往被忽视,而电网的不稳定或故障引起的破坏性影响却是风电机组安全运行的重要隐患。本文通过对黑龙江某风场发生的110kV线路缺相故障进行了深入分析,针对故障造成的大量风机设备的损坏原因进行了探讨,以便通过具体的实例引起对风场高压侧电网稳定性的重视。
【关键词】缺相故障;故障录波;瞬时尖峰电压;器件烧毁
0 引言
随着风机装机及并网数量的快速增长,至2012年底,我国风电发电量占全部电力消费量2%,风电已经成为继火电、水电之后第
图1 黑龙江某风电场接线图
1 案例项目背景
用于分析的故障案例来源于黑龙江某风电场。该风电场总装机容量99MW,分两期工程建设完成,每期工程各选用33台1.5MW双馈风电机组;全风场共有6路35kV集电回路,所有风机通过0.69/35kV升压变分别接入6路35kV集电线路;该风场建有110/35kV升压站1座,站内装有2台主变,35kV母线分成2段并列运行,整个风场通过1回110kV线路并入电网。风场单线系统图如图1所示。
2 网侧故障及其引起的双馈风机事故
风力发电机在运行过程中遭遇电网故障,功率无法馈送入电网或电压畸变导致功率直流侧和输出侧电压升高或者不对称、发电机在运行过程中由于负载突变产生过高的冲击电流、发电机及传输电缆绝缘老化导致匝间或相间短路形成短路电流等,如最终超过元件的耐受限度,都会造成风机部件的损坏。下面以该风电场于2013年2月1日所发生的一次电网电压跌落故障为例,介绍高压电网侧故障对该风场风机的影响。9时56分,风电场升压站的110kV送出线路发生故障而引起失压。发生故障时,风场的66台风机均处于运行状态,一期风场的平均风速为9.6m/s,主变低压侧有功负荷为3.92万kWh;二期风场的平均风速10.3m/s,主变低压侧有功负荷为4.12万kWh。
故障所造成影响及损失如下:
(1)、66台风机齿箱油泵电机空开、发电机风扇空开、液压站空开全部跳闸;
(2)、烧坏8个变桨控制器PITCHMASTER;
(3)、2个塔底屏损坏;
(4)、2个油泵电机损坏;
(5)、2个变桨系统预充电电阻烧坏;
(6)、5发电机风扇电机烧坏;
(7)、4台PLC CF卡程序紊乱;
(8)、4台变桨编码器出现跑值;
(9)、1个帕克液压站叶轮刹车开电磁阀损坏;
(10)、66台主控PLC全部死机;
(11)、2个主控PLC损坏12、一个PLC模块bk3150损坏。
3 双馈风力发电机事故原因分析
3.1 电网侧故障过程分析
图2列出了首次故障中110KV线路的故障录波数据。C相电压最低值出现在红色纵线标记的时刻,该风电场发生首次网侧故障时, 110kV线路出现C相电压缺失(4%Ue),如图2中位于0时刻的母线3Uc信号所示。故障期间的C相电流为5A左右,故障持续65ms后,线路保护动作跳开三相线路,如图2中的绿色纵线所示。保护跳开时线路出现零序电流且大小等于C相电流(2A左右),说明当时C相一直处于虚接状态。故障300ms后电流降为0A,在此期间高于120%Ue电压大约持续60ms。
图2 首次故障时110KV线路的录波图
首次故障发生53s后,110kV线路三相重合闸,C相再次出现失压,约37%Ue,之后的录波图未显示线路开关是否跳开,如图3所示。C相电压最低值出现在红色纵线的时刻,二次故障之前80ms时刻开始出现C相电压缺失,跌落至54%Ue,之后C相电压开始逐渐升高,其中高于110%Ue的电压持续45ms,高于150%Ue的电压持续30ms,且瞬时值达到200%Ue;从故障前18ms到故障时刻电压持续走低,电压最低点为40% Ue。三相开关于9时58分合闸,如绿色纵线标记的时刻,其中A、B相开关顺利闭合,但C相开关由于永久性故障此时已经无法再次闭合,且线路中出现零序电流。故障后150ms三相电压有效值恢复到正常,但C相电压波形受故障影响而严重畸变,畸变一直持续到9时59分,在此期间,C相电压瞬间最高电压达到117%Ue。二次故障过程中35kV侧的录波情况如图4所示。
图3 二次故障时110kV线路的录波图
图4 二次故障时35kV线路的录波图
3.2 风电场及风电机组侧故障过程分析
系统首次故障(9:56分左右)主要体现为系统110kV 线路C相电压低,该故障经过风电场主变及风机箱变两级相角转换后,转换为风机侧的B相故障,从表1中的风机主控故障数据看出,故障时B相电压跌落至52.8V,约13%Ue。
表1 风机主控PLC故障采样数据
时间 电
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