文 | 王一剛

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風(fēng)電場電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)重要性淺析

文 | 王一剛

隨著國家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的高度重視，近年來西北地區(qū)因得天獨(dú)厚的風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)，有越來越多的風(fēng)電場投入運(yùn)行。一般情況下，100MW或50MW的風(fēng)電場需配套一個(gè)110kV變電站，個(gè)別規(guī)模較大的新能源企業(yè)所在區(qū)域裝機(jī)容量超過百萬千瓦，110kV變電站的數(shù)量超過10座以上，一旦變電站主設(shè)備出現(xiàn)故障將引起全場停電，所以業(yè)主方應(yīng)將變電站的預(yù)防性試驗(yàn)和風(fēng)電機(jī)組的年度定檢提高到同等重要的地位。風(fēng)電機(jī)組在3年－5年質(zhì)保期內(nèi)的定檢維護(hù)主要依靠廠家完成，而變電站在1年的質(zhì)保期滿后將完全由業(yè)主方維護(hù)，如何管理維護(hù)好變電站成為新能源企業(yè)亟待解決的問題。

電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)是指對(duì)已投運(yùn)的設(shè)備按照規(guī)定的試驗(yàn)條件、試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)周期進(jìn)行的檢查、試驗(yàn)或監(jiān)測。它是判斷設(shè)備能否繼續(xù)投入運(yùn)行、預(yù)防發(fā)生事故或設(shè)備損壞以及保證設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障。

風(fēng)電場設(shè)備運(yùn)行中較頻發(fā)的故障

由于受到國家新能源上網(wǎng)電價(jià)政策變化和業(yè)主方內(nèi)部年底考核等因素的影響，風(fēng)電場建設(shè)存在不同程度的趕工期、搶電價(jià)現(xiàn)象，尤其西北地區(qū)風(fēng)電場的并網(wǎng)時(shí)間在年底，冬季施工現(xiàn)象較普遍，由此造成后期設(shè)備運(yùn)行中較頻繁出現(xiàn)各種故障，這對(duì)電氣設(shè)備安裝、調(diào)試提出了更高的要求。風(fēng)電場較頻發(fā)的故障主要有以下幾種：

（一）35kV電纜終端頭擊穿爆炸：主要集中于35kV開關(guān)柜下側(cè)、箱式變壓器高壓室電纜終端頭處、場區(qū)35kV架空集電線路終端桿處、箱變高壓側(cè)電纜與門型架連接處。通過對(duì)多起事故電纜頭解刨后發(fā)現(xiàn)，在電纜頭制作過程中，普遍存在半導(dǎo)體材料未處理干凈、斷面處理參差不齊、有明顯的毛刺和刀痕等工藝問題，如圖1、圖2所示。這些問題可能造成局部過電壓，導(dǎo)致絕緣受損，電纜頭溫度升高，最終電纜頭擊穿爆炸。此外，假冒偽劣、以次充好的電纜頭也時(shí)常出現(xiàn)。由此可見，在施工階段對(duì)電纜頭制作工藝進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)顯得尤為重要。

（二）箱式變壓器故障：風(fēng)電場箱變的巡檢是定期維護(hù)工作的重要組成部分，常見故障主要包括箱變焊接砂眼造成的滲漏油、繞組短路引起油質(zhì)劣化造成壓力釋放閥炸裂噴油（圖3）、高壓側(cè)過電壓保護(hù)器炸裂、高壓熔斷器熔斷脫槽（圖4）、低壓側(cè)斷路器分/合閘失靈等，以上各種故障主要是由箱變制造及運(yùn)輸造成的。運(yùn)行人員在現(xiàn)場工作中要做好箱變的定期巡檢記錄和年度預(yù)防性試驗(yàn)，箱變分合閘操作嚴(yán)格按照規(guī)程來執(zhí)行。

（三）其他常見故障：公網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生事故或本站高壓側(cè)母線及其分路故障致使全站失壓、集電線路引流線松動(dòng)引起的單相短路故障、SVG無功補(bǔ)償裝置跳閘等。

風(fēng)電場主設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)

一、電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目

西北地區(qū)風(fēng)電場普遍運(yùn)行的變壓器有110kV、35kV油浸式變壓器和400V干式變壓器三種。400V干式變壓器主要作為第二路安保電源（備用變壓器），在110kV送出線路失電的情況下給全站控制設(shè)備和生活設(shè)施供電。35kV油浸式變壓器將風(fēng)電機(jī)組的出口電壓由690V（660V）升壓至35kV，其全部安裝于風(fēng)電場區(qū)內(nèi)，配套有35kV集電線路；110kV變壓器安裝于升壓站內(nèi)，通過開關(guān)、刀閘等設(shè)備與35kV集電線路相連接。

根據(jù)《DL/T 596－1996 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，結(jié)合西北地區(qū)風(fēng)電場大多處于風(fēng)沙較大、氣候干燥、地理位置偏遠(yuǎn)的情況，電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目主要有：

（一）油中溶解氣體色譜分析：利用氣相色譜法預(yù)測變壓器的潛伏性故障是通過定性、定量分析溶于變壓器絕緣油中的氣體來實(shí)現(xiàn)的。大量試驗(yàn)表明，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部析出氣體的主要原因?yàn)榫植窟^熱（鐵芯、繞組、觸點(diǎn)等）、局部電暈放電和電?。ㄔ?、層間短路、沿面放電、觸點(diǎn)斷開等）。這些現(xiàn)象都會(huì)引起變壓器油和固體絕緣的裂解，從而產(chǎn)生氣體。產(chǎn)生的氣體主要有氫、烴類氣體（甲烷、乙烷；乙炔、乙烯；丙烷、丙烯等）、CO、CO2等。

（二）測量繞組的直流電阻：變壓器內(nèi)部繞組焊接質(zhì)量和分接開關(guān)的接觸好壞主要通過對(duì)繞組直阻的測量來實(shí)現(xiàn)。其主要目的是：檢查繞組焊接質(zhì)量；檢查分接開關(guān)各位置接觸是否良好；檢查繞組或引出線有無折斷處；檢查層、匝間有無短路現(xiàn)象；檢查并聯(lián)支路的正確性及是否存在由幾條并聯(lián)導(dǎo)線繞成的繞組發(fā)生一處或幾處斷線的情況。

（三）測量絕緣電阻及吸收比：測量繞組連同套管一起的絕緣電阻及吸收比，對(duì)檢查變壓器整體的絕緣狀況具有較高的靈敏度，能有效地檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷，如：瓷件破裂、引線接殼等。

（四）測量繞組的介損因數(shù)tanδ：主要用來檢查變壓器整體受潮、油質(zhì)劣化、繞組上附著油泥及嚴(yán)重的局部缺陷等。

（五）交流耐壓試驗(yàn)：通過對(duì)變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，可以有效鑒定絕緣強(qiáng)度，尤其對(duì)考核主絕緣的局部強(qiáng)度具有決定性作用，如繞組主絕緣受潮、開裂或者在運(yùn)輸途中造成的繞組松動(dòng)、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。

（六）繞組變形試驗(yàn)：繞組變形主要包括軸向和徑向尺寸的變化、器身位移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。目前國內(nèi)外常用的檢測方法有：低壓脈沖法、頻率響應(yīng)分析法、短路阻抗法等。

（七）有載調(diào)壓切換裝置的檢查和試驗(yàn)：其故障主要有兩類：一是調(diào)壓開關(guān)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障，如電動(dòng)機(jī)構(gòu)連動(dòng)、箱體進(jìn)水、齒輪盒滲漏油、彈簧儲(chǔ)能不足等；二是開關(guān)本體故障，如油室滲漏油、緊固件松動(dòng)、觸頭運(yùn)動(dòng)卡滯、觸頭磨損導(dǎo)致接觸不良等。

（八）絕緣油的簡化試驗(yàn)：主要包括微水測量、酸值、水溶性酸、閃點(diǎn)，若有必要還需做體積電阻率的測量等。絕緣油從變壓器中部、下部取樣。

本文需指出的是，西北地區(qū)風(fēng)電場大多使用35kV的箱式變壓器，以裝機(jī)容量為100MW的風(fēng)電場（1.5MW風(fēng)電機(jī)組）為例，其安裝的箱式變壓器有66臺(tái)，若每臺(tái)箱變均做以上試驗(yàn)項(xiàng)目的話，對(duì)風(fēng)電場業(yè)主來說其檢測費(fèi)用很高，通常采用抽檢的做法，即油色譜分析全檢，其余試驗(yàn)項(xiàng)目按箱變數(shù)量30%－50%的比例抽檢，以后逐年進(jìn)行滾動(dòng)抽檢。

二、互感器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目

（一）電流互感器的試驗(yàn)項(xiàng)目：測量tanδ及電容量、測量繞組及末屏的絕緣電阻、油中溶解氣體色譜分析、交流耐壓試驗(yàn)、局部放電測量。

（二）電磁式電壓互感器的試驗(yàn)項(xiàng)目：測量絕緣電阻、測量tanδ、油中溶解氣體色譜分析、交流耐壓試驗(yàn)、局部放電測量。

三、開關(guān)電器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目

（一）110kV/35kV電壓等級(jí)SF6斷路器的試驗(yàn)項(xiàng)目：SF6氣體濕度檢測、測量絕緣電阻、測量合閘電阻值及合閘電阻的投入時(shí)間、測量導(dǎo)電回路電阻、壓力表校驗(yàn)、液（氣）壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的泄露試驗(yàn)、機(jī)械特性試驗(yàn)等。

（二）35kV電壓等級(jí)真空斷路器的試驗(yàn)項(xiàng)目：測量絕緣電阻、交流耐壓試驗(yàn)、測量導(dǎo)電回路電阻、測量合閘接觸器和分/合閘電磁鐵線圈的直流電阻。

（三）35kV高壓開關(guān)柜試驗(yàn)項(xiàng)目：除絕緣電阻和導(dǎo)電回路電阻測量等常規(guī)項(xiàng)目外，還需進(jìn)行五防性能檢查。

四、35kV電力電纜的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目

風(fēng)電場大多使用35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣皮電力電纜，主要用在集電線路終端桿至升壓站內(nèi)35kV開關(guān)柜段。其試驗(yàn)項(xiàng)目主要有：測量絕緣電阻、測量銅屏蔽層電阻和導(dǎo)體電阻比、電纜變頻交聯(lián)耐壓試驗(yàn)。

五、避雷器和絕緣子的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目

（一）金屬氧化物避雷器試驗(yàn)項(xiàng)目：絕緣電阻、測量直流1mA時(shí)的臨界動(dòng)作電壓U1mA、測量0.75U1mA直流電壓下的泄露電流、測量運(yùn)行電壓下交流泄露電流。

（二）支柱絕緣子試驗(yàn)項(xiàng)目：零值絕緣子檢測、測量絕緣電阻、交流耐壓試驗(yàn)、測量絕緣子表面污穢物的等值鹽密。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有破損的絕緣子應(yīng)及時(shí)更換。

風(fēng)電場繼電保護(hù)裝置試驗(yàn)

風(fēng)電場繼電保護(hù)裝置的試驗(yàn)主要是對(duì)主變壓器、35kV集電線路、35kV/110kV母線的保護(hù)裝置進(jìn)行整組傳動(dòng)試驗(yàn)。同時(shí)，對(duì)繼電保護(hù)二次回路進(jìn)行檢驗(yàn)，構(gòu)成接線回路最重要的設(shè)備是接線端子和導(dǎo)線，此部分檢查主要有兩方面：一是外觀檢查，是否存在虛接、脫落等現(xiàn)象；其次是規(guī)范性檢查，優(yōu)秀的施工工藝是繼電保護(hù)正常運(yùn)行的首要保證，特別是在惡劣環(huán)境下長期運(yùn)行后，接線工藝良莠造成的差別將凸顯出來。

結(jié)語

風(fēng)電場通過開展年度預(yù)防性試驗(yàn)工作，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部隱藏的缺陷，并通過檢修加以消除，嚴(yán)重者必須予以更換，以免設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生絕緣擊穿，造成停電或設(shè)備損壞等不可挽回的損失。建立規(guī)范完整的設(shè)備臺(tái)賬，對(duì)設(shè)備的出廠檢驗(yàn)報(bào)告、交接試驗(yàn)以及自投運(yùn)以來進(jìn)行的檢修、試驗(yàn)全部詳細(xì)記錄，形成全生命周期管理，做到有據(jù)可查。

通過預(yù)防性試驗(yàn)測得設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)臺(tái)賬記錄對(duì)歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)作前后對(duì)比，可分析出設(shè)備性能變化規(guī)律，掌握發(fā)展趨勢(shì)，從而根據(jù)規(guī)律預(yù)測設(shè)備的健康程度，并結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維護(hù)，避免設(shè)備帶病運(yùn)行造成事故擴(kuò)大或設(shè)備不可修復(fù)的損壞。

（作者單位：中國三峽新能源公司西北分公司）