趙忠民 王 武

（1.陜西禮泉電力局，陜西 禮泉 713200；2.國電西北分公司，西安 710075）

2011年5月11日22時30分，西北某風電場（總?cè)萘?9.5MW）風速9.46m/s，負荷35217kW，33臺風機并網(wǎng)運行。22時44分，控制室照明瞬時失電，風機監(jiān)控系統(tǒng)顯示所有風機失電，查看操作員站 110kV、35kV母線電壓均為零，只有電容器3510開關(guān)因低電壓保護跳閘外，其他開關(guān)均未跳閘，場用電切換正常，檢查完畢匯報地調(diào)。5月12日0:56接調(diào)度令 1#主變由冷備用轉(zhuǎn)運行，01:21#1站用變由檢修轉(zhuǎn)運行，全面檢查系統(tǒng)正常。03:04 所有風機箱變停電結(jié)束，全面檢查具備送電條件，對#1集電線路送電，合上#1集電線路3511開關(guān)后，聽到瞬間爆炸聲，控制室照明瞬時失電，場用電源切換正常?？吹?1集電線路桿塔上有火光，400V配電室火警報警。手動拉開3501開關(guān)，就地檢查發(fā)現(xiàn)400V配電室#1站用變A、B相絕緣擊穿；35kV配電室檢查發(fā)現(xiàn)3510、3504開關(guān)保護正確動作，開關(guān)跳開；消弧消諧裝置未動作；#1集電線路32號桿塔檢查，發(fā)現(xiàn)C相電纜在電纜頭延長段處熔斷。

圖1所示為此次事故的系統(tǒng)一次接線圖。

1 事故后現(xiàn)場檢查及試驗

1）35kV 3511開關(guān)至集電1#35kV電纜（型號YJV23-26/35-3*180）鐵塔上終端頭C相燒斷且此部位鐵塔角鐵有明顯燒熔痕跡，電纜熔斷處距電纜端頭約2米，角鐵上形成直徑約5cm的圓形缺口，靠電纜終端側(cè)電纜斷頭向后彈開約0.5m，周圍有弧光熏黑痕跡。

2）#1站用變SC10-315/35kV，容量為315kVA，電壓38.5±2×2.5%kV/0.4kV，阻抗電壓6%，接線組別Dyn11。變壓器A相線圈尾部及B相頭部相應(yīng)部位絕緣燒損。

圖1 風電場電氣一次主接線圖

3）保護裝置檢查情況：故障后對所有保護及自動裝置進行全面檢查，110kV出線有保護啟動信息，主變壓器保護 110kV側(cè)、35kV側(cè)保護均有啟動信息，#1站用變保護裝置有瞬時電流速斷動作信號。故障錄波器有記錄，但錄波報告不足以印證系統(tǒng)故障情況。

2 事故分析

1）通過事故后主變繼電保護裝置高壓側(cè)故障錄波記錄如圖2、圖3、圖4所示。

2）設(shè)備損壞情況。

（1）35kV3511開關(guān)至集電1線#32鐵塔處35kV電纜鐵塔上終端頭C相電纜燒斷且此部位角鐵燒熔嚴重。

（2）#1站用變A相線圈尾部及B相線圈側(cè)半圈燒損嚴重。由于35kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，如果35kV系統(tǒng)僅發(fā)生一點接地故障，不會形成上千安培的故障電流，且若電容電流在10A內(nèi)，規(guī)程允許35kV系統(tǒng)單相接地運行2小時。對于相關(guān)設(shè)備的損傷情況及二次保護動作情況綜合分析綜合判定，35kV#1集電線3511開關(guān)至集電1線#32鐵塔處35kV電纜鐵塔上電纜終端頭處C相熔斷處是事故首發(fā)點。

圖2 主變高壓側(cè)反映的第一次故障波形（5月11日22：44分）

圖3 主變高壓側(cè)反映的第二次故障波形（5月12日3：04分）

由圖可知第一次故障持續(xù)時間為 1.8s，短路電流約為1.7kA。第二次故障持續(xù)時間為80ms，短路電流約為 2kA。#1廠用變勵磁涌流持續(xù)時間為120ms，最大勵磁涌流約為100A。

圖4 投運#1站用變后主變高壓側(cè)反映的運行勵磁涌流波形（5月12日1：21分）

3）原因分析。

（1）35kV3511開關(guān)至集電1線#32鐵塔處35kV電纜鐵塔上電纜終端頭處C相制作工藝質(zhì)量缺陷并與電纜固定綁扎工藝不規(guī)范造成電纜絕緣損傷不斷惡化。從主變高壓側(cè)波形圖分析由于A相電流是B、C相電流之和且方向相反（見圖 2），判斷為低壓側(cè)A、C兩相短路故障，2011年5月11日22:44分該處電纜對鐵塔構(gòu)件放電，形成35kV系統(tǒng)C相放電接地。35kV系統(tǒng)A、B相電壓升高，A相絕緣薄弱點發(fā)生接地與 C相之間形成接地短路電流，1.8s后電網(wǎng)解列（見圖 2），接地短路故障恢復。5月19日在對35kV系統(tǒng)33臺風機電纜引線進行巡查過程中在#45桿塔A相端頭略顯熏黑痕跡，經(jīng)判斷5月11日22:44分此處可能存在線路瞬間異物短路接地故障的情況。

（2）2011年5月 12日 1:21分，雖然投運#1站用變正常，但對110kV側(cè)測得勵磁涌流波形表明（見圖 4），與常規(guī)涌流相比，波形畸變嚴重，說明此時變壓器已存在絕緣損壞的隱患。

（3）2011年 5月 12日 3:04分加運集電線 1線時35kV電纜C相故障點再次放電，35kV系統(tǒng)A、B相對地電壓升高，#1站用變A相線圈生產(chǎn)質(zhì)量存在隱患，耐受不住過電壓再次沖擊，造成#1站用變A相線圈尾部過熱及旁側(cè)的B相絕緣層間或匝間短路接地，造成35kV系統(tǒng)B、C相通過地網(wǎng)形成故障回路，形成兩相接地短路，短路電流將#32鐵塔電纜C相熔斷、#1站用變短路處過熱損壞。

3 事故繼電保護部分調(diào)查報告

1）2011年5月11日22時44分，線路距離Ⅲ段保護動作，系統(tǒng)變電站對側(cè)1270開關(guān)跳閘，110kV線路、35kV母線失壓所有風機跳閘。根據(jù)線路距離Ⅲ段保護動作值分析，#1集電線路保護應(yīng)首先動作、#1主變高壓側(cè)后備保護復流 I段在故障未切除時應(yīng)動作。但在線路距離Ⅲ段保護動作時除#1主變高壓側(cè)后備保護有啟動記錄外，#1集電線路保護未動作。

進一步分析檢查認為：

（1）35kV#1集電線路保護未動作原因是保護用電流互感器極性接反，方向閉鎖保護拒動。

（2）升壓站#1主變高壓側(cè)后備保護未動作原因：復合電壓過流I段與對側(cè)線路距離保護Ⅲ段時間上配合不當。#1主變高壓側(cè)后備保護復流I段定值1.06A時間 3.5s，對側(cè)線路距離保護Ⅲ段定值 14.6Ω，時間1.8s，當故障發(fā)生時#1主變高壓側(cè)后備保護雖然已經(jīng)起動，未到動作時間線路1270開關(guān)保護已動作跳閘。

2）2011年5月12日3:04所有風機箱變停電結(jié)束，全面檢查具備送電條件，對#1集電線路送電，合上#1集電線路 3511開關(guān)后，聽到瞬間爆炸聲，控制室照明瞬時失電，看到#1集電線路桿塔上有火光，400V配電室火警報警。值班員拉開主變低壓側(cè)3501開關(guān)，就地檢查發(fā)現(xiàn)400V配電室#1站用變A、B相絕緣擊穿；35kV配電室檢查發(fā)現(xiàn) 3510、3504開關(guān)保護正確動作，開關(guān)跳開；35kV#1集電線路3511保護未動作，消弧消諧裝置未動作。

分析認為，由于35kV側(cè)三條集電線路保護用電流互感器極性接反，功率方向閉鎖，保護拒動。雖然#1站用變電流速斷保護正確動作切除站用變處故障，但#1集電線單相接地故障仍然存在，由于35kV是中性點不接地系統(tǒng)，本側(cè)主變零序電流保護、110kV線路零序保護不能反映接地故障，所以保護不動作。接地故障點只能靠值班員拉開3501開關(guān)后消除。

4 預(yù)防措施及整改要求

1）利用設(shè)備停電維護檢修機會，對35kV高壓電纜終端頭絕緣進行加強，特別是電纜交叉處及與構(gòu)架碰觸部位，并對絕緣定期進行檢查，防止振動磨損、老化造成絕緣損壞。對 35kV系統(tǒng)絕緣子、避雷器等一次設(shè)備進行全面檢查，對絕緣薄弱點進行徹底整改。

2）加強35kV高壓電纜終端頭固定的規(guī)范整改，利用系統(tǒng)停電時間立即對高壓電纜終端頭的固定進行全面的檢查整改。對單芯電纜固定卡件進行檢查，堅決杜絕使用導磁材料構(gòu)件。

3）35kV高壓交聯(lián)電纜試驗應(yīng)避免施工單位進行直流耐壓，要嚴格執(zhí)行采用交流耐壓試驗的行業(yè)要求。

4）應(yīng)用紅外成像或紫外成像技術(shù)對升壓站、高壓線路進行全面檢查，及時發(fā)現(xiàn)電暈放電異常情況或零、低值絕緣子。

5）將#1主變高壓側(cè)后備保護復流I段定值時間改為 1.5s，確保與對側(cè)線路保護時間相互配合。具備條件時應(yīng)與對側(cè)保護裝置進行聯(lián)調(diào)和通過加入一次試驗電流、電壓進行保護通流檢查。

6）將35kV#1、#2、#3集電線路保護用電流互感器極性改接正確，確保保護在故障時正確動作。

7）盡快對升壓站二次回路及保護裝置進行一次全面檢查，消除隱患。同時盡快對故障錄波器、35kV消弧消諧裝置聯(lián)系制造廠家進行全面檢查調(diào)試，確保其能正常工作。

8）加強工程基建過程中設(shè)備系統(tǒng)安裝、設(shè)備監(jiān)造等的驗收把關(guān)質(zhì)量。防止設(shè)備制造過程中、安裝過程中遺留的問題影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

9）要嚴把工程基建調(diào)試期的質(zhì)量標準，特別是二次系統(tǒng)、回路調(diào)試項目和標準，如通流試驗、保護校驗、定值整定等，防止保護裝置拒動或誤動。

10）加強風電場運行人員技術(shù)培訓和緊急情況下處理故障的能力。