冀北地區(qū)是國家規(guī)劃的八個 “千萬千瓦級風(fēng)電基地”之一，截至 2013 年底，冀北電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電 總裝機(jī)容量已突破700 萬千瓦，在國 家電網(wǎng)公司省級電力公司中位居系統(tǒng) 第二。冀北風(fēng)電屬于典型的大規(guī)模集 中式開發(fā)模式，并網(wǎng)風(fēng)電場59 座，并 網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組4800 余臺。”
　　冀北電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電場經(jīng)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越改造之后，未發(fā)生大規(guī)模脫網(wǎng)事件，但由于場內(nèi)設(shè)備性能缺陷或管理不當(dāng)造成的風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)仍時有發(fā)生。因機(jī)組以外的場內(nèi)設(shè)備停運(yùn)造成的機(jī)組被迫退出運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組可用率降低，限制了冀北地區(qū)風(fēng)電利用小時數(shù)的提高。
　　本文對冀北電網(wǎng)2013 年全年因場內(nèi)原因受累停運(yùn)（不包含風(fēng)電機(jī)組自身故障）情況進(jìn)行多維度的統(tǒng)計分析，通過分析得到影響風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的主要原因，并對典型風(fēng)電場的故障原因進(jìn)行詳細(xì)說明。最后，從電纜頭及引線夾、匯集線路和互感器等設(shè)備故障的角度提出降低風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的措施，為冀北電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組提高可靠性提供依據(jù)。
　　1、非計劃停運(yùn)統(tǒng)計分析
　　2013 年冀北電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電場因匯集系統(tǒng)設(shè)備故障共引起11332 臺次風(fēng)電機(jī)組停機(jī)，非計劃停運(yùn)率達(dá)到233.8% 。本節(jié)將對風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)情況進(jìn)行多維度的統(tǒng)計分析。
　　一、按停運(yùn)類型統(tǒng)計
　　按照風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)類型統(tǒng)計，其中因設(shè)備故障或缺陷直接導(dǎo)致停機(jī)的占54% ；因處理設(shè)備缺陷臨時停機(jī)的占46% 。
　　二、按月度統(tǒng)計
　　按照時間統(tǒng)計，2013 年度冀北電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次逐月的情況如圖1 所示，其中6 月至9 月由于有雷擊導(dǎo)致線路跳閘造成的風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)，所以非計劃停運(yùn)臺次明顯偏高。 　　三、按故障位置統(tǒng)計
　　按照故障位置情況統(tǒng)計，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的故障部位如圖2 所示，容易引發(fā)風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的故障主要發(fā)生在變電站、匯集線路以及箱變處，其中匯集線路故障是首要原因，占風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次總數(shù)的64% 。下文將針對不同的故障位置，通過統(tǒng)計分析，發(fā)掘故障高發(fā)的設(shè)備，并指出其故障原因。
　　（一）變電站設(shè)備故障
　　變電站設(shè)備故障主要包括變壓器、電壓或電流互感器（PT/CT）、通信設(shè)備故障等，其中，PT 或CT 故障造成的風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次較多，占總數(shù)的13.1% ；變壓器和通訊設(shè)備故障造成的風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次則相對較少，分別為3.5% 和1.6% 。
　　PT 故障主要表現(xiàn)為35kV 母線PT 保險熔斷，此外還有35kV 母線PT 斷線、繞組燒毀、爆炸等。35kV 母線PT 高壓熔斷器熔斷的原因主要有以下幾種：鐵磁諧振；低頻飽和電流；PT 繞組絕緣降低、短路故障或消諧器絕緣下降；PT 高壓端接地側(cè)（X 端）絕緣水平與消諧器不匹配等。
　　CT 故障主要表現(xiàn)為主變高壓側(cè)開關(guān)CT 油位偏高，此外還有主變高壓側(cè)開關(guān)CT 端子箱燒毀等故障。主變高壓側(cè)開關(guān)CT 油位高主要是由于設(shè)備安裝過程中沒有按照設(shè)備油位溫度－曲線充油，造成在高溫情況下設(shè)備油位偏高。另外設(shè)備運(yùn)行中存在局部放電，造成油中氣體超標(biāo)，例如存在總烴超過注意值或乙炔超標(biāo)的情況，需要進(jìn)行臨時停電處缺。
　　變壓器故障主要為各類故障引起的變壓器開關(guān)跳閘，及主變漏油等故障；通訊設(shè)備故障主要為通訊光纜磨損或斷裂等。
　　（二）匯集線路故障
　　匯集線路從位置上可以分為35kV 電纜、架空線路以及引流線到箱變?nèi)齻€部分，其中架空線路主要包括導(dǎo)線、避雷線、光纖通訊線、桿塔等設(shè)備。
　　匯集線路故障多發(fā)于大風(fēng)季節(jié)、陣風(fēng)天氣，以及小氣候區(qū)域，故障從本質(zhì)上可以分為兩類，分別為短路故障和斷線故障。
　　1、 短路故障
　　匯集線路短路故障通常發(fā)生在架空線路以及35kV 電纜處。
　　架空線路發(fā)生的短路故障主要為閃絡(luò)，具體原因包括雷擊、風(fēng)偏、鳥害、覆冰等，其中雷擊是造成風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次最多的一種，占總數(shù)的16% ，占匯集線路故障的25% 。
　　由于冀北地區(qū)風(fēng)電場大多處于高等級雷害區(qū)，因此夏季雷擊導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次較多。根據(jù)2013 年冀北風(fēng)電的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，絕大部分雷擊跳閘是由于雷擊35kV 架空線路造成的風(fēng)電機(jī)組線跳閘。架空線路雷擊跳閘主要有以下兩種類型：
　　（1）雷擊于線路導(dǎo)線上，由直擊雷過電壓導(dǎo)致的跳閘；
　　（2）雷擊于線路附近或桿塔上，在輸電線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓導(dǎo)致的跳閘。
　　風(fēng)電35kV 匯集線路由于絕緣水平相對較低，容易造成直擊雷或感應(yīng)雷的危害；同時在匯集線路設(shè)計時仍按照一般的配電線路進(jìn)行防雷設(shè)計，未充分考慮匯集線路位于空曠起伏的地形區(qū)域，雷害尤為嚴(yán)重的特點(diǎn)，使得匯集線路的防雷性能相對薄弱。架空線路雷擊跳閘率偏高的根本原因主要為匯集線路避雷系統(tǒng)性能不良。首先在匯集線路設(shè)計階段，對區(qū)域極端天氣考慮不足，尤其是單桿、轉(zhuǎn)角桿塔的導(dǎo)線排布及絕緣安全系數(shù)的選用不當(dāng)，在空氣濕度大幅增加后，極易發(fā)生雷擊閃絡(luò)接地跳閘。其次在生產(chǎn)運(yùn)行中，避雷系統(tǒng)不能有效的發(fā)揮作用，例如，因接地模塊性能老化、桿塔與接地網(wǎng)連接部位電阻過大、接地扁鋼暗敷脫焊或虛焊等造成避雷器失效，在匯集線路遭受雷擊時不能夠迅速泄放雷電能量，導(dǎo)致單相閃絡(luò)或相間閃絡(luò)故障跳閘。最后，由于匯集線路避雷系統(tǒng)維護(hù)不及時等原因，使支柱絕緣子、避雷器嚴(yán)重污穢，導(dǎo)致爬電距離降低，雷擊時易發(fā)生表面閃絡(luò)接地跳閘。
　　根據(jù)2013 年冀北風(fēng)電的運(yùn)行數(shù)據(jù)，除雷擊跳閘外，架空線路其他常見短路故障原因包括：
　　（1）鳥害造成線路瞬時接地或相間短路；
　　（2）風(fēng)偏造成線路對木或鐵塔放電；
　　（3）由于大風(fēng)等原因造成各類異物搭接在線路上導(dǎo)致短路故障。
　　35kV 電纜也是短路故障高發(fā)的位置，電纜及電纜頭故障造成風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次占總數(shù)的13.1% 。主要原因?yàn)殡娎|頭松動、破損、破裂、放電、擊穿或燒斷。電纜頭故障率約占電纜線路故障的90% 。電纜頭的接觸電阻、過負(fù)荷等因素是引起溫度過高，造成絕緣老化或燒毀的主要原因。
　　2、斷線故障
　　匯集線路斷線故障通常發(fā)生在架空線路及引流線處。
　　架空電力線路斷線的原因包括四個方面：首先，線路轉(zhuǎn)角處因設(shè)計角度不合理，導(dǎo)線根部機(jī)械應(yīng)力增大，導(dǎo)致斷股、斷線；其次在小氣候區(qū)域，風(fēng)向頻繁變化，線路防震效果不佳致使斷股、斷線；再次，桿塔“T”接處上引導(dǎo)線裕度過長，長期風(fēng)擺致使斷股、斷線；最后，導(dǎo)線“T”接處及導(dǎo)線作為跳線時，所安裝的并溝線夾螺栓松動，致使導(dǎo)線脫落造成斷線。此外，支柱絕緣子或者避雷器脫落等，也會造成匯集線路斷線故障。
　　連接架空線路與桿塔的引流線，是斷線故障率較高的位置，故障設(shè)備主要為引線夾，造成風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的臺次占總數(shù)的12.2% 。設(shè)備質(zhì)量和施工質(zhì)量是造成引線夾故障的主要原因，主要表現(xiàn)為風(fēng)電機(jī)組桿塔避雷器引線夾松動、斷裂或脫落。與引線本體相比，引線夾是薄弱環(huán)節(jié)，其機(jī)械強(qiáng)度是影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。由于引線夾的制作、安裝、接線工藝存在多個中間環(huán)節(jié)，因此引線夾故障原因主要可以分為三個方面：引線夾自身工藝不良、接線工藝不良及運(yùn)行環(huán)境不良。由于風(fēng)電場運(yùn)行環(huán)境較差的狀況無法改善，因此前兩方面是導(dǎo)致此類故障的根本原因。 　　（三）箱變系統(tǒng)故障
　　箱變故障造成的風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次占總數(shù)的7.5% 。箱變故障的原因比較分散，包括箱變漏油、聲音異常、密封不嚴(yán)、高壓熔斷器燒毀、相間短路、繞組絕緣缺陷等。
　　2、典型案例分析
　　冀北地區(qū)各個風(fēng)電場由于地理位置、規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備狀態(tài)等方面的差異，造成風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的原因也略有區(qū)別，下面以三個風(fēng)電場為例說明其各自導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的主要原因。
　　一、A風(fēng)電場
　　A 風(fēng)電場位于張家口地區(qū)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組259 臺，包括鼠籠異步型風(fēng)電機(jī)組、雙饋異步型風(fēng)電機(jī)組和永磁直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組。A 風(fēng)電場2013 年風(fēng)電機(jī)組累計非計劃停運(yùn)1675 臺次，遠(yuǎn)高于其它風(fēng)電場，其中6 月至10 月每月超過200 臺次，不僅給風(fēng)電場造成了直接經(jīng)濟(jì)損失，也對地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了影響。A 風(fēng)電場故障類型的統(tǒng)計情況與冀北地區(qū)全部風(fēng)電場的總體情況類似，但匯集線路短路故障率高于冀北地區(qū)平均水平，而且雷擊故障率較高。因此，針對自身的特殊情況，A 風(fēng)電場可以加強(qiáng)線路的巡查工作，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并處理，同時，對雷擊故障高發(fā)的線路需進(jìn)行防雷擊改造。
　　二、B風(fēng)電場
　　B 風(fēng)電場位于張家口地區(qū)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組165 臺，為雙饋異步型風(fēng)電機(jī)組。B 風(fēng)電場2013 年風(fēng)電機(jī)組累計非計劃停運(yùn)937 臺次，其中3 月至6 月每月超過100 臺次。由引流線的線夾、35kV 電纜的電纜頭以及主變高壓側(cè)開關(guān)的CT 故障導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次明顯高于冀北地區(qū)平均水平。通過對故障情況的統(tǒng)計梳理，該風(fēng)電場CT 多次出現(xiàn)A 相油位高故障，導(dǎo)致多臺次風(fēng)電機(jī)組陪停，這是導(dǎo)致該風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次偏多的重要原因。
　　三、C風(fēng)電場
　　C風(fēng)電場位于承德地區(qū)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組105 臺，包括雙饋異步型風(fēng)電機(jī)組、永磁直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組等。
　　C風(fēng)電場2013 年風(fēng)電機(jī)組累計非計劃停運(yùn)775 臺次。其中匯集線路故障頻率高于冀北地區(qū)平均水平，主要原因?yàn)轱L(fēng)偏造成的短路故障，大風(fēng)引起導(dǎo)線舞動，導(dǎo)致匯集線路相間短路或?qū)Φ囟搪罚伙L(fēng)期故障次數(shù)明顯增多。同時雷擊較多也是造成6月、7月風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次較多的主要原因。
　　以C風(fēng)電場為例，由于場內(nèi)原因?qū)е碌娘L(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)時間較高，據(jù)統(tǒng)計，該風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組由于設(shè)備故障或處缺陪停造成的全年停運(yùn)時間為1794 小時，這意味著每年將近20% 的時間因?yàn)轱L(fēng)電場內(nèi)輸變電等設(shè)備的原因而無法運(yùn)行，這對風(fēng)電機(jī)組的利用率產(chǎn)生了不利影響，也限制了風(fēng)電場利用小時數(shù)的提高。
　　3、相關(guān)建議
　　一、引線夾故障
　　引線夾故障主要為機(jī)械故障，針對引線夾可以采取的改進(jìn)措施一是將銅鋁過渡線鼻子更換為純鋁線鼻子，從根本上解決兩種材質(zhì)膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的裂紋，強(qiáng)化線鼻子抗風(fēng)擺能力。二是純鋁線鼻子與電纜終端線鼻子間采用銅鋁過渡墊片，解決兩種材質(zhì)連接易氧化的問題。三是嚴(yán)格按照線鼻子壓接工藝施工，避免施工工藝不當(dāng)導(dǎo)致線鼻子熔接處出現(xiàn)裂紋。四是更換裕度不足的導(dǎo)線，解決線鼻子螺栓連接部位長期受力過大問題。五是線鼻子連接處采用鋁綁線綁扎固定方式，增大抗風(fēng)擺能力。
　　二、電纜頭故障
　　電纜頭故障主要為絕緣故障，針對電纜頭可以采取的改進(jìn)措施一是重視電纜頭制作期間的防護(hù)工作，如在制作電纜頭時，遇惡劣天氣條件必須進(jìn)行特殊防護(hù)，保證制作環(huán)境的溫度、濕度、灰度；對未及時制作電纜頭的電纜，裸露部分要采取蠟封防潮處理，未采取的制作電纜頭時必須對電纜除濕。二是必須嚴(yán)格依照工藝標(biāo)準(zhǔn)施工，避免銅屏蔽層存在毛刺、尺寸定位不準(zhǔn)確、中間接頭密封處理不善等問題，盡可能避免絕緣層中存在間隙和雜質(zhì)。三是接地線安裝時，必須采用合格的雙層銅編織帶，在去除鋼鎧時避免傷及電纜內(nèi)互層、銅屏蔽、主絕緣；單芯電纜銅屏蔽和鋼鎧的接地應(yīng)分開接地。四是高度重視高壓電纜頭的日常巡檢維護(hù)工作，如定期檢查電纜線路載流量，觀察電纜頭連接點(diǎn)有無過熱、變色、打火、異響及異味；定期巡查電纜溝，電纜井、電纜架及電纜段等；定期對電纜頭進(jìn)行全面的停電清掃檢查；雨后對可能被雨水沖刷的地段，進(jìn)行特殊巡檢。
　　三、雷擊跳閘故障
　　雷擊跳閘的解決方案主要包括以下幾個方面：一是提高匯集線路耐雷水平。例如將原來的普通合成絕緣子更換為防雷絕緣子，采用陶瓷橫擔(dān)替代鍍鋅鐵橫擔(dān)等；對于雷害尤為嚴(yán)重的區(qū)域或桿塔，考慮加裝線路避雷器。二是降低桿塔接地電阻。對全部桿塔接地電阻進(jìn)行測試，接地電阻偏大的，進(jìn)一步對防雷導(dǎo)線、連接螺栓、暗敷扁鋼和接地模塊等進(jìn)行全面檢查處理。三是完善避雷裝置。例如核查絕緣子安全設(shè)計系數(shù)是否滿足極端天氣下安全運(yùn)行的需求，必要時更換支持絕緣子，加長絕緣距離，降低雷擊線路時對地放電風(fēng)險。對因?qū)Ь€排列方式受限而安全距離不足的線路，重新安裝排布；同時建議對雷害較強(qiáng)的區(qū)段至少采用單避雷線。四是加強(qiáng)日常維護(hù)工作。例如定期檢查架空線路避雷線、支持絕緣子、避雷器，對性能不符合使用要求的進(jìn)行更換。定期清理避雷器、支柱絕緣子表面污穢，防止污閃發(fā)生。
　　雖然風(fēng)電場的運(yùn)行環(huán)境惡劣，而且雷擊強(qiáng)度、陡度等不能夠預(yù)計，但通過采取上述措施，雷擊跳閘風(fēng)險大幅度降低。
　　四、架空線斷線故障
　　針對架空電力線路斷股、斷線的問題，一是檢查導(dǎo)線轉(zhuǎn)角角度，對于存在扭力的應(yīng)通過改變導(dǎo)線排布位置或增加支持金具的方式調(diào)整導(dǎo)線轉(zhuǎn)角角度，減小導(dǎo)線機(jī)械應(yīng)力。二是檢查線路風(fēng)偏裝置、防震錘運(yùn)行效果，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整位置，確保導(dǎo)線防風(fēng)偏、防震動效果。三是檢查桿塔“T” ”接處上引導(dǎo)線長度，調(diào)整導(dǎo)線壓接安裝位置。四是檢查線路并溝線夾松緊程度，若導(dǎo)線較短應(yīng)適當(dāng)增加并溝線夾或使用壓接管強(qiáng)化接續(xù)強(qiáng)度，但在安裝時特別要注意金具的布置間距。五是持續(xù)觀察區(qū)域小氣候地區(qū)的架空線路運(yùn)行情況，若頻繁發(fā)生斷線，可考慮采用更換機(jī)械強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度更為可靠的鋼芯鋁絞線。
　　五、電壓或電流互感器故障
　　針對PT 故障，首先，要從PT 本身考慮，如PT 質(zhì)量管理，采用空載特性較高、勵磁電流較小的電壓互感器，此外加裝合適的消諧裝置，避免發(fā)生鐵磁諧振，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和抵御系統(tǒng)故障能力。其次，發(fā)生故障時，要快速正確處理，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。再次，要不斷總結(jié)使用的經(jīng)驗(yàn)和故障處理的方法，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外隨著風(fēng)電場進(jìn)行小電阻接地方式改造，在提高集電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的同時，也可避免因鐵磁諧振造成電壓互感器保險熔斷的故障。
　　針對CT 故障，要找到各自油位指示偏高的原因，然后采取相應(yīng)的措施解決。一是嚴(yán)格按照工藝及相關(guān)規(guī)程進(jìn)行安裝與維護(hù)；二是嚴(yán)格按照油色譜檢測程序進(jìn)行檢測，并將所有試驗(yàn)項(xiàng)目的報告存檔，對于油色譜不正常的設(shè)備，合理縮短檢測周期，及時對色譜數(shù)據(jù)長期不達(dá)標(biāo)的設(shè)備進(jìn)行處理。二是加強(qiáng)油務(wù)管理工作，具備條件的發(fā)電集團(tuán)可以建立專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，并安排專人負(fù)責(zé)管理。三是加強(qiáng)風(fēng)電場相關(guān)人員化學(xué)油務(wù)方面培訓(xùn)和考核，確保相關(guān)人員能夠讀懂檢測報告，具備相應(yīng)的專業(yè)資格。
　　4、結(jié)論
　　本文對冀北電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)情況進(jìn)行了多維度的統(tǒng)計分析，進(jìn)而指出導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)的主要原因。針對不同的故障設(shè)備及原因，本文提出了有針對性的改進(jìn)措施。
　　減少風(fēng)電機(jī)組非計劃停運(yùn)臺次，需要從設(shè)計、運(yùn)行、維護(hù)全過程進(jìn)行管控。各風(fēng)電場需加強(qiáng)日常隱患排查工作，重視檢修作業(yè)，認(rèn)真分析原因并適時組織技術(shù)改造，全面提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性。