一起風電線路跳閘故障的分析

崔曉祥 ，高 磊 ，劉孝剛

（1.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102；2.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103）

近年來,全球可再生能源的利用率逐年增長，越來越多的風力發電機組的接入，對電網運行的安全性和穩定性產生了重大的影響，因此，風電場故障的分析排查顯得尤為重要。針對江蘇地區發生的一起風電線路跳閘故障，進行了詳細的調查和分析，并對風電場運行提出了相關的反事故措施。

1 事故情況簡介

2011年4月1日17時30分，某風電場側2W33線路A，B相開關在無保護動作情況下跳閘，200 ms之后南自PSL603保護后備三相跳閘動作，跳開C相開關。對側變電站2W33開關未跳閘。此風電場一次接線如圖1所示。

圖1 某風電場一次接線

故障過程中主變故障錄波、線路故障錄波、線路保護裝置均啟動了故障錄波，依照時間先后順序動作過程如下：

（1）17:17:20:062，35kVⅡ母出線B相發生單相接地，35kVⅡ母的B相電壓下降為零，A，C相電壓升高；

（2）17:17:20:065，2W33 跳位繼電器 A，B，C 三相開入均出現幾次抖動；

（3）17:17:20:108，在無保護動作的情況下，2W33線路發生A，B兩相跳閘，電流消失，此后2W33線路的C相運行；

（4）17:17:20:311，南自PSL603保護非全相后備保護動作，發三相跳閘命令，并于17:17:20:353跳開C相斷路器。至此200 MW風電場失去與變電站的聯系，孤網運行；

（5）由于35kVⅡ母出線某處發生B相接地短路，故障一直未切除，造成A，C兩相電壓處于持續高位。17:17:20:455開始，C，A兩相相繼對地放電，發生A，B，C三相短路故障；且故障電流是由35kV I段母線往35kV II段母線供給，2臺主變35kV側電流大小相等方向相反，故障電流達1.85 kA。

（6）17:17:20:575風機進線324開關和327開關跳開，故障電流消失（如圖2所示）。

（7）此后，風電場內35kV母線電壓持續升高，二次值達68 V，并出現了功率震蕩。

2 故障現象查找

（1）35kV線路B相發生單相接地后3 ms，在2W33開關位置接點的開入信號上觀察到了明顯的干擾現象；44 ms后，2W33 A，B相開關無保護跳閘，此時2W332套線路保護均未動作，未發跳閘命令；A，B相開關跳閘后200 ms，南自PSL603保護后備保護非全相保護動作發三跳令，跳開C相。35kV的單相接地故障最后發展為三相短路故障，于單相接地后0.5 s由327，324開關切除故障。

（2）許繼操作箱合閘位置燈和運行燈被擊穿，經查操作箱總線背板有灼燒痕跡，灼燒點在第一、二路開關操作正電源之間。

（3）接地變Zn/Yn11接線，35kV側中性點經消弧線圈接地，為動態電容補償方式，由消弧線圈自動調諧控制柜控制。經查發現直流接觸器有電弧灼燒痕跡，直流勵磁線圈外皮燒焦。

從上述現象可以看出，當35kV II母出線發生單相接地故障時，暫態過電壓是引起直流接觸器直流線圈燒毀的原因。

3 故障原因分析

（1）首先判斷此故障是否保護誤動作。2W33線路開關A，B相在區外故障時發生跳閘[1]，此時2套線路主保護均正確判斷無出口跳閘，因此不是保護誤動；而操作箱發現灼燒痕跡，據此判斷應是操作箱直接出口跳閘。

（2）調查該風電廠歷次類似故障跳閘事故發現，許繼操作箱均有原件破壞，且錄波波形中開關量有擾動出現，據此初步判定為大功率交流電氣量侵入，致使操作箱發生內部電弧閃絡或繼電器抖動，導致操作箱誤出口跳閘。

（3）由于近2次跳閘事故均由35kV一次系統故障引發，考慮站用400 V動力電源可能在故障時造成與直流系統的絕緣破壞而導致交流電侵入直流系統，于是鎖定排查對象為操作箱屏內和就地開關端子箱內交直流電纜之間的絕緣性能。用500 V絕緣搖表檢查未發現交直流電纜間有絕緣破壞，但發現第一、第二路操作正電源間絕緣差，僅有75 kΩ直阻，試驗表明，第一、第二路操作正電源串電。

（4）第二階段對許繼操作箱進行了內部檢查，發現兩路操作正電源接入的背板插件在拔出后兩路正電源沒有交叉，在插入背板后即出現串電現象，于是排查總線背板是否有溝通回路。拆卸總線背板發現在第一、第二路操作正電源印刷板間有電弧灼燒痕跡。

（5）接地變消弧線圈直流接觸器有電弧灼燒痕跡，經現場查看，消弧線圈接觸器設計為直流控制（電源取自直流II段母線）和交流控制（電源取自動力電源）2個接觸器并列運行方式，當35kV發生單相接地故障后，保護單元通過接觸器將阻尼電阻短接。由于較大的容性接地電流導致直流接觸器短接阻尼電阻時拉弧，灼燒到直流勵磁線圈，導致大功率交流電氣量侵入風電場直流母線，在絕緣薄弱點放電。這是導致該起跳閘的直接原因。

4 建議采取的相關反事故措施

（1）去除消弧線圈直流接觸器，改用2個交流接觸器（電源分別取自2臺接地變的交流系統）。

（2）因接觸器多次出現弧光閃絡現象，風電場與消弧線圈廠家和設計院需要充分溝通，拿出合適的整改方案。

（3）在35kV II母B相發生單相接地短路之前，3U0就達到12.3 V，因此應對變電站的3U0進行監視，預防故障的發生。

[1]賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[M].北京：水利電力出版社，1994.