系列風電機組事故分析及防范措施（一）——箱變及箱變到變頻器接線引發(fā)的事故

按設(shè)計要求，因變頻器與箱變之間的電氣保護，由箱變的低壓側(cè)斷路器實現(xiàn)。但在事故時因出現(xiàn)故障而不能斷開；箱變的撞針式高壓熔斷器又在機組安裝時三相同時裝反，因此，在高壓保險燒熔時，其觸發(fā)裝置無法使高壓斷路器的脫扣器動作，造成箱變的高壓側(cè)不能分閘斷電。箱變的低壓側(cè)斷路器和高壓側(cè)保險，如圖3、圖4 所示。因事故機組嚴重短路，事故機組引發(fā)所在的35kV 回路振蕩，主變線路保護分閘，事故機組也因此斷電。

因電纜長時間對地短路導(dǎo)致變頻器平臺下的照明、通信、控制和供電電纜燃燒，自塔基經(jīng)過5 個多小時燃燒到機艙，直至整個機組燒毀。

三、箱變故障引發(fā)的事故

2010 年2 月26 日，內(nèi)蒙古某風電場機組調(diào)試反送電時，因箱變低壓側(cè)斷路器故障不能合閘，工作人員試圖維修箱變，因箱變故障，35kV 高壓竄至低壓側(cè)，工作人員運用螺絲刀時操作失當，觸及高壓，致使該操作人員被電擊截肢。2008 年，某風電場進行機組安裝時，安裝人員在塔筒內(nèi)緊固變頻器與箱變之間接線電纜的連接螺釘時，安裝人員被電擊受傷。此時，雖然箱變的高壓側(cè)已經(jīng)送電，但由于箱變的低壓側(cè)斷路器并沒有合閘，塔筒內(nèi)本不應(yīng)有電。而事故發(fā)生后，并沒引起足夠的重視，未核查其原因。在機組進行靜態(tài)調(diào)試時發(fā)現(xiàn)該機組的變頻器并網(wǎng)柜已全部燒毀。事后檢查發(fā)現(xiàn)，因箱變內(nèi)部的接線錯誤導(dǎo)致了此次事故的發(fā)生。

機組重大事故原因分析

風電機組的倒塌、燒毀事故與機組附屬設(shè)施的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和維護質(zhì)量有關(guān)，同時還與風電企業(yè)的管理及現(xiàn)場人員運維的技術(shù)水平及責任心密不可分。

一、因故未能充分發(fā)揮箱變對機組的保護作用

風電場箱變不僅是為機組提供運行條件以及把機組發(fā)出的電力輸送給電網(wǎng)；同時，當箱變負載（風電機組）出現(xiàn)過流、短路時，通過箱變低壓側(cè)斷路器跳閘斷電，或高壓側(cè)的保險熔斷及斷路器跳閘斷電，以保護設(shè)備及人身安全。

由前面的事例分析可知，箱變低壓側(cè)斷路器不具自動跳閘功能，或低壓側(cè)短路器因故障不能及時跳閘、高壓側(cè)不能正常熔斷分閘時，在一定的條件下會造成機組燒毀。

對于因電起火的火災(zāi)事故，首先要切斷供電電源，以避免事故進一步擴大。風電機組的設(shè)計理念是在無人監(jiān)管下的自主運行，當機組出現(xiàn)過流、短路故障時，箱變應(yīng)按既定的保護定值自動斷電。因此，箱變在防止機組燒毀事故發(fā)生和阻止事故擴大方面有著重要的作用。如箱變在塔基，變頻器布置在機艙上，箱變到變頻器的之間的接線電纜更長，當電纜出現(xiàn)破損短路、拉弧的可能性更大時，箱變自動過流斷電保護將顯得更加重要。

二、箱變的生產(chǎn)、安裝和維護的質(zhì)量問題不易發(fā)現(xiàn)，且容易忽視

在機組正常運行時，一方面，箱變的生產(chǎn)和安裝質(zhì)量問題和安全隱患很難被人們發(fā)現(xiàn)，例如：箱變的低壓側(cè)斷路器過流時不能自動跳閘、高壓側(cè)不能正常熔斷或分斷，如不經(jīng)過專門試驗不能發(fā)現(xiàn)；另一方面，人們普遍對機組本身的故障關(guān)注較多，而對箱變則關(guān)注較少。在設(shè)備維護時，不少風電場都不會對箱變進行專業(yè)檢查和維護。箱變到變頻器接線電纜的維護和檢查更是空白。

如果風電場在采購箱變時，為了降低成本，不認真考察斷路器及關(guān)鍵部件的質(zhì)量，僅以低價格中標的形式采購箱變，最終結(jié)果可能是得不償失。從風電場實踐來看，變頻器并網(wǎng)開關(guān)在機組運行過程中不能斷開以及箱變與變頻器接線電纜出現(xiàn)嚴重對地短路這兩種情況，其發(fā)生概率很低，然而，從上文提到的風電機組燒毀事例來看，風電場箱變存在問題不在少數(shù)。再從部分風電場箱變的檢查也得到證實，箱變的高壓側(cè)不能正常熔斷或分斷，低壓側(cè)斷路器過流不能自動跳閘不在少數(shù)。有的箱變低壓側(cè)的自動跳閘機構(gòu)沒有接線，高壓側(cè)熔斷保險沒有安裝、裝反等故障時有發(fā)生。有的風電場箱變在線路設(shè)計上就違背電力設(shè)計規(guī)范。

因此，一旦需要箱變保護動作、切斷電源時，箱變的故障概率很高，造成故障、事故損失擴大，甚至導(dǎo)致機組燒毀事故的發(fā)生。

防范措施

風電機組燒毀事故會造成巨大的損失，如在事故發(fā)生后找出事故發(fā)生的根本原因，并采取有效措施，有的放矢則能收到良好的效果，避免機組燒毀事故的再次發(fā)生。具體預(yù)防措施如下：

在風電場采購安裝箱變時，應(yīng)保證箱變的功能和質(zhì)量。保證箱變低壓側(cè)斷路器具備應(yīng)有的保護功能，箱變高壓側(cè)熔斷器的選配、熔斷器的安裝方式正確等；保證箱變到變頻器接線電纜的電纜質(zhì)量和安裝質(zhì)量，進行必要的絕緣防護；箱變低壓側(cè)中性線應(yīng)按要求接地，完善低壓側(cè)的零序保護；合理設(shè)置箱變參數(shù)，箱變斷路器的過流設(shè)定值要與機組的額定功率值相當，過大不利于保護設(shè)備；過小則不利于機組運行。

做好箱變定期維護工作，諸如：低壓側(cè)斷路器的參數(shù)設(shè)置檢查和自動分閘功能測試；高壓側(cè)熔斷器的安裝牢靠及跳閘機構(gòu)的檢查。

結(jié)語

在預(yù)防上述火災(zāi)事故時，必須做好箱變的質(zhì)量控制和相關(guān)維護工作；在日常機組運行與維護時，注意抓住每一個細節(jié)；消除一切可能的安全隱患；抓住重點，有的放失，降低機組的長期度電成本。