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大规模风电机组脱网原因分析及对策(3)

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

风机集中脱网严重影响了电网电压和频率的稳定,造成短时间内局部电网指标大幅波动,直接威胁到电网整体安全稳定运行。即使类似酒泉“4·25”事件起因是由于电网故障造成330 kV 变电站部分失压,直接影响风机533 台,甩出力479MW,但由于风电自身继电保护、低电压穿越、变流器故障、无功补偿和高电压穿越等问题造成风机扩大停运745 台,加重甩出力1 056.2 MW,导致西北电网频率最低至49.765 Hz,远较直接原因严重。

从表1 可以看出,一是故障前系统都处于大风天气,风电大发,最高出力接近2 000 MW,约占当时风电总装机容量的一半;二是故障切除的机组数量相对较少,这里故障切机的意义是切除故障连带切除的机组,不论机组质量和有无LVRT;三是低电压切除风机的比例越来越大,而高电压切除风机的比例越来越小,说明风电机组的LVRT 改造比较困难,需要投资和时间,而无功补偿设备的管理等整改措施效果显著;四是其他原因跳机也越来越少,说明风电机组的管理运行水平有了明显提高。

2 风电基地存在的安全运行问题

2.1 风电场安全运行现状

1)大量风机不具备LVRT,风机主控参数和变流器定值与LVRT 失配,或者风电机组具有LVRT而未开放,或者声称具有LVRT 能力,但均未经过有资质的检测中心检测和认证,部分风电场的风电机组LVRT 能力只适应于三相对称电压跌落,而对于电网中经常出现的不对称电压跌落不具备穿越能力,故障过程中系统电压仅降至80%,就有总脱网数一半以上的风机逃逸。酒泉某风电场6 台完成LVRT 改造的1.5 MW机组经受了后续故障的考验,说明了LVRT 改造的必要性。

2)风电基地中风电场集中接入电网,基本上无其他电源和负荷。750kV 敦煌变处于新疆—西北主网的联网通道,常规电源和下级电网薄弱。这种系统条件下,电网电压控制困难,正常运行时波动大。风电场内部或系统的短路故障引起的电压跌落会波及到所有风电场,必然导致所有不具备LVRT和不合格的风电机组大规模脱网事故的发生。

3)目前所有风电场35 kV(10 kV)集电系统均为不接地系统,该方式是系统中性点对地绝缘方式,允许带单相接地运行1~2 h,是从配电系统设计中借鉴过来,一般适应于接地电流小的架空线路,对于架空电缆混合的发电系统接线方式显得不尽合理。未配或所配的小电流选线装置选线正确率低,无法及时发现单相接地隐患,导致故障扩大化。同时,消谐装置和滤波装置由于参数选择失配、容量偏差、投放不足等因素无法补偿35 kV 系统的电压波动和不平衡,加剧了低压设备的热疲劳。

4)风电场无功补偿都是独立设计和配置,没有考虑其作为电源的义务,没有开放风电机组的无功调节能力,目前所有风电机组均采用恒功率因数(cosΦ=1)模式,不能在电网需要时提供支撑。风电场无功补偿装置(SVG、SVC、MCR 等)的设计、调试和调管脱节,功能不全或参数不匹配,未按规定投退或者不能满足快速、连续调整的基本要求,不具备自动投切滤波支路功能,风电大量脱网后出现系统无功过剩,致使故障后系统过电压造成不少风机的逃逸。

5)风机厂家未开放风机内部控制和保护系统工作原理,设备厂家技术交底不充分,内部各项关键参数含义不清晰准确、设置混乱,尤其是造成风机低电压保护、过电压保护和频率保护定值整定与电网要求不协调,个别风场SVC、SVG、MCR 装置采集330kV 电压与监控系统电压不一致,对出力设限,影响SVC、SVG 发挥调压作用。事故起始不能有效地缩小事故范围,事故后风电场自启动恢复能力差。

6)大规模的风电建设集中投产给设计制造建设监理验收测试运行都带来巨大压力,有限的技术力量导致部分风电场在项目建设阶段未能严把设备质量关,施工及安装质量较差,特别是35 kV 系统施工工艺不良、验收不到位、反措执行不规范等问题更为突出。酒泉风电基地Ⅰ期工程2010 年底处在建设收尾和集中启动并网阶段,基建与运行、消缺交叉重叠,工作界面比较杂乱。承揽电缆头制作的施工人员仅能提供入网电工许可证,无电缆工资质。35kV 集电线路箱变电缆试验过程与规程不符。当时事故电缆交流耐压试验条件为52 kV、15 min,与规程规定42 kV 持续60 min 不符。

7)风电运行管理存在薄弱环节,风电场、升压站的运行规程等规章制度不健全,设备调试报告、说明书等基础资料不完整。对于风电场二次系统,包括重要的远动信息、继电保护定值、无功补偿配置和参数的监管不够全面,细节掌握不充分,事故过程中的电网自适应能力不够快速、灵敏。相关风电场运行管理不到位,没有建立或严格执行设备巡视制度,致使设备缺陷得不到及时消除,最终造成设备故障。

来源:电力系统保护与控制
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