典型风电机组烧毁事故解析.doc

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1、典型风电机组烧毁事故解析（一）近年来，国内风电机组烧毁事故频发，这与事故分析不够全面、透彻，没能采取积极有效的防御措施不无关系。在分析风电机组烧毁、倒塌事故时，首先，需依据丰富的现场经验及现场勘查，全方位地收集各方面信息，并在现场找出事故的关键现象，从而确定出事故分析的准确方向；其次，关键现象与主控数据之间能相互印证，形成完整的证据链。得出事故结论与现象之间应具有必然联系；再次，运用多个学科的理论知识对事故进行综合分析，对事发时的某些特殊现象给出合理地解释。这不仅能进一步证实事故的起因，往往还可能分析出事故发生的深层次原因。只有事故分析结论正确，找到了事发的真正原因后，才可能运用简便易行的方法

2、指导现场，避免类似事故的再次发生。1事故简介1月，内蒙某风电场的1.5MW机组发生了烧毁事故。事故机组变频器布置于塔基，机组在凌晨5:09:49秒出现“瞬时电网故障”报警，5:09:50秒，报“变频器故障”停机。事故机组所在的“10#集电线路” 出现多次震荡。5:11:41秒，集电线路3531开关分、合闸动作，5:11:42秒，两次重合闸没有成功，“10#集电线路”断电。事发时，箱变的高、低压侧断路器均未跳闸。箱变的高压侧熔断器三相全部熔断。事故后，低压侧断路器手动分闸。箱变高、低压侧断路器，如图1、图2所示。图3为高压侧熔断器其中一相的脱落部分。9点30机舱外有白色烟雾出现，10点31分机舱

3、出现黑色浓烟，11点半左右机舱出现大面积明火，于13:15分事故机组机舱火势逐渐熄灭。机舱及轮毂罩壳完全烧毁，三支叶片也不同程度地过火。2找出事故的关键现象及起火点准确把握事故分析的正确方向图4 事故机组变频器原理图图4为事故机组变频器原理图。箱变到变频器的三相电缆接线是穿过塔基变频器接地平台的接线孔后，接到并网开关下端的三根铜排上，每根铜排（截面10010）下方接有240mm2 多股铜芯电缆4根，中部接小铜排（截面405）到主开关Q1。并网开关上端的铜排连接发电机定子电缆。变频器的接地平台由一根240mm2 多股铜芯电缆连接到塔筒上的接地排上。这样，变频器的接地平台，一方面是变频器内各部件的

4、共同接地点。另一方面，变频器的接地平台还与塔筒、双馈发电机的定转子接地电缆以及从箱变过来的接地电缆相连，在塔基整个机组形成共地。如图5所示，左侧为箱变到变频器的电缆接线，烧毁严重，最左边为C相电缆，C相4根电缆的绝缘层完全烧毁，右侧为变频器到发电机定子的电缆接线。图5 变频器到箱变和发电机定子的接线电缆箱变连接变频器铜排的4根C相电缆，如图6所示。其中一根有两处烧出了大的缺口，如图7、图8所示，C相的4根多股铜芯电缆不仅绝缘皮已全部化为灰烬。在变频器接地平台的进线口处，其中有两根电缆的铜芯损毁严重，剩余部分不到一半，如图9所示。一根电缆的上下两缺口之间的距离正好是C相电缆下移距离，这就是说，C

5、相电缆在下移之前，下缺口位置是与变频器的接地平台齐平的。由此可以推断，C相电缆在下移之前，电缆与接地平台之间应该存在严重打火放电，致使在电缆上烧出了巨大的缺口，如图7所示。因此，从事故的现场勘查来看，变频器到箱变接线的C相电缆有严重对地短路，这也是事发的直接证据（初步判定此处为事故起因）：箱变到变频器接线电缆C相中一根最下端有一个大的缺口，见图8，此电缆的上端与另一根电缆上端各有一个的缺口，这两个缺口与变频器接地平台的缺口位置齐平，如图9所示。结合主控数据及事故现场实物，初步判定机组报“瞬时电网故障”是箱变到变频器接线的C相电缆对地短路造成（由此确定出事故发生的大致方向，但还需通过主控数据及理

6、论分析进一步证实）。图10为事故前机组的变频器并网开关铜排状况，图11为测量机组、发电机定子电流大小的六个互感器，与图12、13比较可知：事故机组变频器并网柜烧毁严重，A、B、C三相进线电缆的铜排与并网开关Q11上铜排的固定件，以及在机壳上的铜排固定件完全损毁、脱落。A、B两相铜排上端烧毁状况基本一致，C相铜排上端烧毁状况比A、B两相严重，如图12所示。C相电缆与变频器并网开关相连的铜排，在并网开关烧毁以后脱落，下坠，并掉至变频器接地平台的进线孔位置。因并网开关上的电缆固定螺栓和电缆线鼻子被变频器接地平台卡住，停留在电缆进口处，C相再次与接地平台形成对地短路、拉弧。因此，在两根电缆上分别形成了

7、两个巨大的缺口，接地平台钢板也明显受损，如图9所示。励磁接触器（主接触器）前端装有主开关Q1和熔断器，图14与图15分别为事故前后的励磁接触器熔断器，比较可知：在C相短路后，熔断器的绝缘部分被击穿，靠外侧机壳方向烧毁相对严重，熔断器上端的机壳及上下端接线已完全烧毁，靠左边的A相烧毁相对严重，如图15所示。如图16和图17所示，励磁接触器（KM1）处A、B两相外面的机壳和这两相的端子，其烧毁状况较C相严重。滤波器LCL的电容直接与励磁接触相并联，与励磁接触器状况类似，A、B两相烧毁较C相严重，其中，A相的固定端被烧毁后，A相接线脱落，A相的接线端子也被烧毁。如图18所示。现场勘查存在以下疑问：在

8、变频器接地平台的电缆进线口处，箱变到变频器接线电缆C相及其周围烧毁较其他两相严重。然而，与C相并联的励磁接触器和LCL滤波器电容，励磁接触器前端的熔断器等则是A、B两相及其周围的机壳部分烧毁相对要严重些。这些事发的特殊现象，还需通过进一步的理论分析，才能给出合符逻辑的解释。如果能对以上特殊现象给出合理的解释，也就使事故的起因得到了进一步证实。同时，还可能挖掘出事故发生更为深层次的原因。3主控信息及关键现象的深入分析主控信息分析1、主控报警及停机故障分析事故前，机组一直处于正常发电状态。5:09:48秒，发电功率为251KW转速1273rpm。查看主控数据，在5:09:49秒，C相的电网电压远低

9、于正常值，并出现“瞬时电网故障”报警，此报警通常由电网故障触发。然而，在5:09:49秒，同在“10#集电线路”的其他机组（总共有10台，事发时，还有其他6台处于正常发电状态）均没有此报警。这说明“瞬时电网故障”是由事故机组本身造成。表1：事故机组故障快照中三相相电流分析注：表中的有功功率，A、B、C三相的相电流均为瞬时值，也就是每秒时间段内最后一个采样周期的数值，主控的采样周期为20ms。箱变到变频器接线的C相电缆严重对地短路（见表1主控数据），从而造成了变频器的部件损坏，在5:09:50秒触发 “变频器故障”停机。在5:09:53又触发了主控的“变频器报电网故障”，此故障为BP180，电池

10、顺桨。由故障快照数据可知，机组顺桨正常，叶片顺利收桨到92，与现场实际吻合。事发时的严重拉弧打火，还造成了三相电流不平衡超过设定值，此故障前后的三相电流值参见表1。因此，在5:09:58机组报“电网电流不对称”故障。2、主控关键数据分析5:09:505:09:59主控得到的A、B、C三相相电流值，由表1可知：第一，报停机故障两秒后，即：5:09:52，机组的A、B、C三相相电流分别为：13.8A，12.6A，13A。这与在正常情况下机组停机的电力消耗基本一致。这说明机组在报故障停机后，功率迅速为降低，机组及时停机脱网。其后的有功功率和三相电流值与机组并网无关。在5:09:52，C相电流仅为13

11、A，该电流远小于5:09:51和5:09:53的C相电流值，这说明C相对地短路为间歇性弧光接地。第二，当机组报“变频器故障”停机后，A相的相电流仅有一秒（即5:09:50秒）电流为3118.2A，在其后的时间，A相的相电流为100A以下，或100A左右，而C相的相电流，则普遍在1000A以上。这说明机组在停机时，并网开关顺利脱网，A相没有出现严重的对地或相间短路。第三，在5:09:50秒，A、B两相电流均在3000安以上， C相的相电流则为2921.8A，当C相对地短路时，从理论上讲，C相的电容电流应是其他两相之和，见图20，而实际C相的相电流值低于其他两相。箱变到变频器接线电缆在变频器接地平

12、台处短路时，C相的很大一部分相电流是通过短路电缆直接与变频器接地平台接通，而没有流经电流互感器计入主控；A、B、C三相的相电流值均很大，远超过额定电流值。仅出现了一次，因快照采样的时间间隔为1秒，取值为主控的最后一个采样周期值，而不是1秒内的平均值。从此时间前后的相电流数据来看，此电流的时间应小于1秒。在初始短路瞬间，三相分布电容上的电荷变化很大，因此，三相的电容电流值均很大。第四，在5:09:51，5:09:53，5:09:54，在这3秒的采样值，B、C两相的相电流均在1000A以上，且B相相电流远高于C相。因C相弧光接地时，C相距B相的距离较A相近，B相可与地之间形成弧光接地，B、C两相之

13、间还可形成相间弧光放电，因此， B、C两相的相电流均很高。C相的很大一部分相电流是通过短路电缆直接与接地平台接通，没有通过铜排上的电流互感器。所以，C相的相电流值低于B相。第五，在5:09:55秒以后则仅有C相的相电流在1000安以上，其他两相都较低。C相在并网开关的铜排等处拉弧打火产生较大的电流，而其他两相则主要是在变频器柜内出现对地拉弧。第六，机组脱网后，有时A、B两相的相电流虽然较低，但高出正常停机时的电流值。如：5:09:57秒时，B相相电流为51.2A；5:09:58秒时，A相的相电流为90.2，B相的相电流为90.8；5:09:59秒时，A相的相电流为106.8A，B相的相电流为1

14、22.2A。箱变进线电缆的C相与变频器接地平台弧光接地时，变频器柜内的A、B相对地绝缘值大大降低，造成A、B两相在变频器柜内的其他部位出现弧光接地，或相间短路。第七、箱变到变频器的进线电缆故障后，潮流的方向与发电时方向相反，故功率为负值。由以上分析和推理可知：箱变到变频器进线电缆的C相在变频器平台处对地短路应是众多事故现象产生的原因，而变频器多个部件的损坏以及机组报的“变频器故障”等也因此而产生。然而，箱变到变频器的C相进线电缆对地短路，又是如何使变频器报故障停机，造成变频器部件损坏的？解释特殊现象，找出深层次问题1、箱变安装埋下安全隐患首先，箱变到变频器的接线电缆选用的是4根3芯电缆，而不是

15、12根单芯电缆。按照要求，箱变到变频器的接线电缆，每相需要接电缆的4根芯。由4根粗电缆分出来12芯的小电缆，在现场安装时很容易与变频器接地平台的进线口发生挤压、干涉。在变频器接地平台上，长期的人为走动以及大功率变频器风扇等部件的振动，会造成电缆芯线绝缘层的破坏，引发对地短路。因此，在机组运行多年以后，出现了箱变到变频器接线电缆的对地短路问题。其次，事故机组箱变为35KV/0.69KV，箱变高压侧为三角形接法；低压侧为星形接法，按箱变的安装要求，低压侧的中性线应在箱变处良好接地，箱变接地线应在塔筒内与机组塔筒、双馈发电机定转子接地线，以及变频器接地平台共地。然而，在现场勘查时发现，在现场安装时，

16、事故机组箱变低压侧的中性线没有与箱变接地线相接，处于悬空状态。因此，属于中性点不接地系统，如图19所示。这样，当出现负载对地短路时，就不能促成箱变低压侧断路器迅速跳闸断开。在实际的小电流接地系统运行中，单相接地故障占到总故障的70%左右，而单纯的金属性完全接地故障是很少的，更多的是不完全接地故障1。当事故机组箱变到变频器接线电缆的C相与地直接接通时，A、B相对地电压是原来的1.73倍左右，C相与变频器接地平台之间弧光接地时，A、B两相对地的电压将更高，会损坏变频器的电子元件。在机组报“瞬时电网故障”后，因变频器器件损坏，5:09:50秒，机组报“变频器故障”停机。在5:09:53秒，主控报“变频器报电网故障”，从该故障的触发条件来看，非实际触发，而是变频器的电网检测模块故障、烧毁所致，事故现场的实物并得到证实。