中车株洲电力赵燕峰：风电机组电气事故防范实践

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

10月24日，风电机组技改专题论坛在新国展召开。中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部主电路技术高级主任设计师赵燕峰出席论坛并发表演讲。

以下为发言内容：

赵燕峰：尊敬的各位来宾各位风电的同仁，大家上午好，我给大家分享的题目是风电机组电器事故防范实践。

第一部分是现状，风电机组要求20年以上的寿命，是昂贵的发电设备，但是对于部分在役的双馈机组，箱变低压侧690V，通过断路器、电缆连接到机舱电气柜、然后通过接触器连接到定子，通过熔断器连接到变流器，以上构成双馈机组的电气回路。部分在役的双馈机组，箱变断路器自身质量不佳，运行多年以后这个断路器为固定格式，不能视为明显的断点，加大人员触电的风险，部分在役的双馈机组无法消除箱变意外合闸的风险，无法确保作业人员的人身安全。

主控无法控制箱变在特定工况下主动跳闸，不能执行主动安全保护。部分在役的双馈机组未能明确区分断路器和接触器的功能，接触器分断过大电流时容易受损，导致触头熔焊不能分断。如果并网接触器长时间粘连仍不能分断，或者机舱发生电器短路，箱变短路器没有及时跳闸，甚至会引起风机起火，随着对风机全生命运行维护场景的深入认识，部分在役双馈机组，一方面保证人员的绝对安全，免于触电一方面也是提升风电机组自身。

第二部分介绍一下根源分析，为了解决这个问题，首先要进行根源分析，首先分析了690电压等级下，机理和特征，对于690VAC足够高的电压等级，绝大部分的事故都是由电弧因袭的，电弧可以形成20000的高温，熔融物质，建立整机，与现场的真实数据接近，第三是对机舱电气柜电弧分析计算，柜门上产生约11KN推力，很多案例柜门都是敞开的，柜内故障，导致周围可燃物的燃烧，以故障点360厘米，在这个机舱罩，通过分析计算大概在300毫秒的时候就会导致机舱罩燃烧，电弧可以发生在只要机组存在690VAC，第四是对机舱内全部可燃材料进行分析。

第二是分析了电器部件各种的电容器，电容器内部的聚丙烯薄膜电容器，这种材料在85度开始变软，这个聚丙烯，外壳一旦受损后果非常可怕，电热器自身产生它分解非常容易燃烧。第三是分析了电气部件的塑料壳下的安全边界。

第五是在以上正向分析计算的基础上，识别空间和时间上的无保护区域，由于咱们风电机组这个特点，基于无法对所有电器部件都设置保护，这也是客观事实，所以我们的风电机组内部存在空间上的保护不足的区域。及空间的无保护区，另一方面保护延迟的客观存在，导致我们这个时间上存在保护不足的区域，也就是时间上的无保护区。

第六是在以上正向分析计算的基础上，结合现场失效情况和真实案例，进行逆向分析梳理，一方面查找失效根源，一方面也是制订对策。通过系统建模，鼓掌机理，正向分析，逆验证。

第三部分介绍系统解决方案及实践效果，在根源分析的基础上，制订系统解决方案，主要由这七个部分组成，第一个是断路器保护定值，这个对于风机保护的实施性，快速性非常重要，第二个方面是保护的双重化，第三方面是替换质量不佳的断路器主动条渣的功能

第四断路器和接触器功能分且独立。

第五对空间和时间的无保护区，增加灭火设施，必要时替换或隔离可燃料。

第六设置明显电路断点，同时对作业电路接地。

第七，依据智能采集模块，对接触器、断路器等进行寿命预警，鼓掌分析，实现主动维护。

这个断路器的保护定值，与低穿策略有关，例如保护参数推荐如下，长演时1600A，短延时1700A/0.1S，要求采用满足安全标准的高可靠性断路器，断路器必须具备快速饱和线全供电的功能，外部230VAC，失电情况下，断路器自身控制器启动时间×保护执行的的时间，建议这个时间要不大于200毫秒。

电力系统相关的标准规定，对应价值大于100万以上的电气设备，需配置双重保护，塔基抽屉式必要时将断路器抽出，制造明显的电路断点，大于40MM，45mm毫米，同时将断路器出口母排接地，确保作业人员本质安全免于触电的风险。

加装智能监测模块，在线分析诊断断路器，接触器等关键部件的状态，记录鼓掌波形用于原因分析，提供智能运维数据支持。这里介绍两个案例，案例1，某风场防雷器失效果，遭受雷击，然后这个雷击过电压了，形成短路，短路导致金属熔融，金属熔融大量形成，然后向外抛洒火焰，这个时候我们的断路器就是按照上面这个保护定值设置的，断路器及时切断电路，成功避免舱起火损失。这起实例中，机组仅仅停机2小时，更换故障部件后，机组正常并网发电。

第二个，某风场发生定子并网接触器熔焊粘连不能分断，通过咱们加装了智能监管检测模块，及时识别这些故障，成功避免这个机舱起火重大的事故。真实的失效故障中，变流器均未受损，仅仅是更换进触头以后机组正常的并网发电。

通过深入的事故分析，进一步完善部分在役双馈机组不足，通过全生命期运行场景及部件失效机理及其果分析，完善从产品到运行维护等多维度细节，实践表明系统解决方案在能够保证全生命期的人员和产品的安全，同时也能够大幅的降低主电路回路的故障，全生命期的运行维护成本。

最后介绍一下我自己，我叫赵燕峰，这个电话和邮箱写在这里，从事电系统工作超过17年，从事风电行业超过12年，参与行业内的重大的风机电器事故分析超过20起，为超过1500台风机制定了电气优化的解决方案，且稳定运行5年以上，期待与各位同行分享电器事故案例和解决方案。好，谢谢大家。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）