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大规模风电机组脱网原因分析及对策(2)

北极星电力网技术频道    作者:何世恩,董新洲   2013/1/16 13:43:49   

 关键词:  脱网 风电机组 风电并网

1)开发规模大,集中程度高,11 个风电场220万风电装机均接于750 kV 敦煌变330 kV 母线,出力波动范围大,反调峰特性明显;保证出力很小,接近于0;有效出力较大,大于装机容量60%,说明酒泉风电在用电高峰时进行电力平衡的作用很弱,在负荷低谷时段安排系统调峰也相对困难[9-10]。

2)大型基地风电场群的积聚效应使整体出力变化趋缓,但是4 月份酒泉风电出力1 min、5 min、15 min 风电出力最大变化幅度达到装机容量的5.56%、10.3%和13.5%,与理论估算的最大出力变化幅度[11]偏差较大,实际上加深了对局部电网稳态水平的影响。

3)虽然风电短期和超短期预测系统投产试运,可以基本满足规定要求,但与调度安排方式的要求还有较大差距。

4)风电建设速度快,设备技术标准低,远离负荷中心,在750 kV 新疆—西北电网联网线路投产后,由于风电场运行特性和电网安全水平影响,风电大发时其送出依然受限,整个河西地区网源协调能力受到严峻考验[9]。

5)由于网架结构的约束,酒泉风电调峰基本由甘肃电网承担,运行方式安全压力大[9]。

1.3 大规模风机脱网事故情况

今年1月到4月份,酒泉各风电场共发生电气设备故障35起,其中电缆头故障造成集电线路跳闸21次,保护插件故障造成设备跳闸或断路器拒动5次,其他故障9次。特别是连续发生大规模风机脱网事故四起,“2·24”、“4·3”、“4·17”、“4·25”事故分别导致598、400、702和1 278台风电机组脱网,酒泉风电基地大规模脱网故障情况见统计表1。事故的起因主要是单个电缆故障,而由于集电系统及保护不合理致使事故扩大至风电场;由于风机LVRT的缺失让事故蔓延至整个风电基地,同时部分风机变流器制造不良,误发频率越限信号,加重了事故影响程度;由于无功补偿设备调管不严造成事故进一步扩大。

2011 年2 月24 日事故前,并入750 kV 敦煌变的桥西一场68 台华锐风机并网运行,全场带出力9.60 MW,0:34,桥西一场35B4 馈线开关柜下侧电缆头发生C 相击穿,经过约11 s 很快发展为三相短路,35B4 开关过流保护Ⅰ段动作,60 ms 后开关动作跳闸,切除该馈线所带全部12 台风机,损失出力1.80 MW,桥西一场其余57 台在运风机均因不具备LVRT 而脱网,损失出力7.80 MW[12]。

故障导致系统电压大幅跌落,750 kV 敦煌变330 kV 母线电压最低跌至267 kV(0. 735 pu),其中低于0.8 pu 持续时间20 ms,在此期间因机组不具备LVRT 而脱网274 台,共损失出力377.13 MW。故障切除后,系统电压回升,而各风电场升压站的SVC 装置电容器支路因无自动切除功能而继续挂网运行,造成大量无功功率过剩涌入330 kV 电网,同时因风电大量切除,造成输变电设备负荷减轻,共同引起系统电压升高,敦煌变330 kV 母线电压瞬间达到365 kV(1.11 pu),最高达到380 kV(1.15pu),750 kV 母线电压瞬间达到800 kV,最高达到808 kV。网内部分风电机组由于过电压保护动作而脱网300 台,共损失出力424. 21 MW。此外在故障期间,有24 台机组因频率高保护动作脱网(后查原因为变频器模块故障导致误发信号),甩出力3.60MW。本次事故造成598 台风电机组脱网,共损失出力840.43 MW,西北主网频率最低跌至49.854Hz。

经现场检查,发现35B4 开关间隔C 相电缆头半导电层切口不整齐、未作锥面处理,导致应力集中。另外,未按工艺要求涂刷硅脂,导致在电缆头应力锥部位出现绝缘薄弱点,在运行中发生单相接地故障;C 相单相接地发生后11 s,放电弧光及放电粉尘短接A、B 相电缆接线桩头,发展为三相放电故障,开关跳闸。

来源:电力系统保护与控制
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