某风电场35KV线路跳闸故障分析.docx

某风电场35KV线路跳闸故障分析 关键词：箱变 风机 断路器 短路故障 熔断器一、故障现象2021年09月10日15:40，某风电场集控室综自报警“35kV宁新02线352 过流I段动作”、“线路保护启动”、故障录波器启动等，35kV宁新02线352断路器跳闸，#24风机报“变流器网侧断路器跳闸”、“电网掉电”等故障信号，风机监控显示#24机组通讯中断，当时现场平均风速2.3m/s，机组负荷0kW。运维人员立即开展35kV宁新02线线路巡视。二、故障处理经过09月10日运维人员现场检查#24箱变外观无异常，高压熔断器A、B相熔断，低压侧断路器在“分”位，终端杆三相跌落保险未熔断，抽取变压器油样未见异常，9月10日23:00对该箱变做绕组绝缘电阻、绕组直流电阻等高压预防性试验，发现高压侧绕组直流电阻不平衡系数达74%，超出规程要求，实验数据为高压侧绕组直流电阻阻值：AB:19.21、BC:9.659、AC:9.671。09月11日对#24风机进行检查，发现风机变频器网侧母排A、B相有弧光短路现象，电网防雷熔断器Q3、辅电保护熔断器Q4保险正常但电气连结线损毁（见图1），690vAC辅电保护熔断器Q5三相保险熔断（见图2），附近柜门背面有大面积积炭（见图3），并网断路器触头有拉弧痕迹（见图4），导电轨、发电机、IGBT等其他未见异常。图1（风机电网防雷熔断器Q3） 图2（风机辅电保护熔断器Q4）图3（风机690vAC辅电保护熔断器Q5） 图4（风机断路器灼烧放电痕迹）三、故障原因分析1）动作过程分析参照2021年09月10日变电站对时柜GPS时间，校对风机监控#24风机报警时间，分析如下：15:40:01 东气风机监控系统#29风机报“变流器网侧断路器跳闸”，15:40:02报“电网掉电”等故障，机组停机； 15:40:00.084 35kv故障录波器突变量启动，35kV宁新02线A相、B相电流畸变、零序电流增大，B相电流最大有效值达到1587A（线路正常运行时三相电流均值在23A-25A之间，见图5）；15:40:01.064 35kV宁新02线线路保护启动，瞬时故障电流最高达3.261A（维持约25ms），装置过流II段整定值1.08A（CT变比500:1，延时0.2S），线路所带其余12台风机失电停机；15:40:01.089 综自报警“35kV宁新02线352 过流I段动作”等。以GPS时间为基准进行分析，2021年09月10日15:40:01 #24风机运行期间风机辅电保护熔断器Q4电气连结线端子发生短路现象，短路弧光导致风机电网防雷熔断器Q3电气连结线损毁，风机690vAC辅电保护熔断器Q5三相熔断，网侧母排A、B相弧光短路，直至并网断路器速断过流动作脱扣跳闸。机组电控等相应系统执行故障停机逻辑。故障时29#风机并网断路器瞬时速断（Ii 4*In=10000A，无延时）、风机故障停机保护均正确动作，机组可靠停机。结合箱变故障现象分析，风机网侧发生短路故障期间，#24箱变形成穿越性短路电磁链路。#24风机并网断路器跳闸后，箱变内部高压侧又发生内部短路故障，变电站综自#1主变、宁新03线线路保护、故障录波器相继启动。从故障时序看，风机网侧发生短路，箱变形成穿越性短路电磁链路，进一步发展为箱变内部短路故障。2）#24箱变故障分析综上，#29风机侧定子侧导电轨发生短路后，箱变形成穿越性短路电磁链路，直至风机并网断路器跳闸，箱变低压侧断路器跳闸。经参考相关文献，当变压器在运行中出现各种短路故障电流的冲击时，特别是出口短路和近区短路对变压器的危害最大，变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向和径向电动应力作用。当绕组内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组变形现象，包括轴向、径向尺寸变化，器身位移，匝间短路及绕组扭曲、鼓包等。变压器绕组变形后继续运行中由于绕组变形，引起变压器的绝缘材料损伤或者绝缘距离发生改变，导致绝缘强度下降，最终可能导致绝缘击穿，进一步发展为箱变内部短路故障。经上分析，#24风机箱变受到短路电流冲击后，箱变高压绕组发生变形，后绕组绝缘薄弱点又发生放电，导致相间、匝间或层间绕组短路，箱变内高压侧熔断器A、B相熔断，风机失电，35kV宁新02线线路保护启动，352断路器跳闸。四、故障分析初步结论设备故障原因：24#风机网侧辅电保护熔断器Q4电气连结线端子出现绝缘薄弱点，运行中发生相间短路，致使网侧母排A、B相弧光短路；箱变形成穿越性短路电磁链路，经受短路电流冲击发生绕组形变，进一步发展为箱变内部短路故障。存在的其他问题：1、从#29风机历史运行情况可以看出该机在2020年至2021年间共有5次导电轨检查、4次定检和巡检工作，但均未发现网侧辅电保护熔断器Q4电气连结线端子存在缺陷或异常，暴露出风场在运维管理工作中设备隐患排查整改不力，履职尽责不实。2、现场运维人员、质保单位人员、相关设备制造厂家技术人员，责任意识不强，技能水平不足，未能及时排查出隐患缺陷，保障设备安全稳定运行。3、从历次故障情况来看，该型箱变高压绕组在抗短路能力方面可能存在不足，应通过对损坏箱变的拆解情况分析其是否存在工艺制造上的薄弱环节。图5（35kV宁新02线故障录波波形图） 图6（风机监控系统历史故障记录）五、事故防范措施1. 要求风机质保单位加强对风机变频器全面排查，及时消除存在隐患。2. 加强现场运维人员技能水平培训工作，提高人员责任意识，确保巡检质量。3. 现场运维单位加强设备隐患排查整改管理工作，加大导电轨及箱变巡检频次和巡检力度，及时发现异常，避免隐患扩大。4、做好#24损坏箱变返厂检修跟踪分析工作，判断箱变绕组绕制工艺等是否符合相关要求。5、质保单位应对现存导电轨装置性缺陷开展研究工作，找出一条科学、高效、低成本的解决途径。附件一：风机、箱变并网断路器型号及参数附件二、#24风机历史运行情况附件一：风机、箱变并网断路器型号及参数风机并网断路器箱变低压侧并网断路器厂家：上海良信（风机）厂家：江苏辉能（箱变）型号：NDW3-4000S万能式断路器型号：HNW3-25 H2万能式断路器In：额定电流（=2500A）In：额定电流（=2500A）Ir：过载长严时脱扣电流（0.9*2500=2250A）Ir：过载长严时脱扣电流（0.8*2500=2000A）Isd：断路器速断动作电流（3*Ir=6750A）Isd：断路器速断动作电流（3*2500=7500A）Ii：额定绝缘电流（4*In=10000A）Ii：额定绝缘电流（3*2500=7500A）Ig：接地保护脱扣电流（0.8*2500=2000A）tr：过载电流对应的延时时间（120 S）tr：过载电流对应的延时时间（15 S）tsd：速断动作电流时间（0.4 S）tsd：速断动作电流时间（0.1 S）tg：接地保护时间（0.2 S） -全文完-