海上風電場線路保護跳閘事故分析及預防

吳　迪

海上風電場線路保護跳閘事故分析及預防

吳迪

(江蘇明強新能源技術開發有限公司，江蘇 南通 226000)

我國的海上風電開發與陸上風電開發起步較晚，相關領域的研究也比較滯后。近年來，隨著我國海上風電場建設規模的逐步擴大，風電運營部門需要針對風電場在運行過程中可能發生的各類故障，及時做好處理預案，以提高運行效率。通過分析某海上風電場在主變壓器倒送電期間，海上升壓站線路保護裝置發生跳閘事故的過程和原因，結合故障波形、相關數據提出了針對性的解決方案，以期為處理及預防同類事故提供參考。

海上風電場；線路保護跳閘事故；處理方法；預防對策

海上風力發電具有不占用土地資源、功率密度高、發電利用小時數高、發展潛力大等諸多優勢。我國的海上風力發電由于起步時間較晚，相關研究主要集中在陸上風電，海上風電的技術儲備嚴重不足[1]。與陸上風電相比，海上風電的風力資源更為豐富，風速以及風向穩定，而且不占用陸地空間，適合進行大規模開發。

相關研究表明，當風電大規模接入電網時，會產生很強的短路電流，這會對電路的繼電保護系統造成非常大的影響。為避免因短路電流導致的電網故障，風機設備需要具備一定的低電壓穿越能力[2]。

1　海上風電場線路保護跳閘事故過程

某個海上風電場海上升壓站220kV的海纜采用雙重化設計，配備兩套線路保護裝置[3]。第一套海纜線路采用的是南京某企業生產的PCS-931SA-G類型線路保護裝置；第二套線路采用的是某繼保自動化有限公司生產的PRS-753-A-G類型線路保護裝置。

2020年1月15號晚10點，該海上風電場運轉工作人員在接到調度指令之后，開始對主變壓器進行沖擊，42分19秒后海纜線路開關跳閘，線路失電。

在跳閘事故發生后，工作人員第一時間對繼電保護相關設備進行了詳細檢查，發現海纜線路保護第二套裝置的保護動作C相跳閘、單跳失敗三跳、保護動作A、B、C三相跳閘。其它的保護裝置都沒有采取保護動作，第一套設備沒有任何不正常的狀況。通過對現場調出的線路保護裝置的動作波形和故障錄波裝置波形進行認真比對以及分析后能夠發現，在跳閘之前各相電流電壓波形顯示都沒有任何異常狀況。故障錄波裝置在進行保護動作時收到從保護設備發出的A、B、C三相跳閘命令，而且A、B、C這三個跳閘命令同時間內返回。線路保護裝置在保護動作開始1ms之后，裝置C相跳閘回采開入信號處于不正常狀態，C相一直有電流經過，157ms符合設備單跳失敗三跳保護邏輯，158ms保護動作A、B、C 三相跳閘。通過以上分析發現，此次跳閘事故大概率是由海纜線路第二套保護裝置誤動作而導致[4]。

2　事故原因分析

該海上風場工作人員與第二套保護裝置的生產廠家聯合對PRS-753-A-G型線路保護設備的故障原因進行深入分析，在排除了軟件故障、設備老化等因素后，發現是線路保護裝置C相跳閘回采開入信號有硬件故障。在現場將線路保護裝置相應的回采開入信號插件拆卸下來進行仔細檢查，發現保護計算機系統的運算和控制核心插件的內部插針有著不正常彎曲的情況。

3　事故處理方法與預防對策

3.1　事故處理方法

(1)更換線路保護裝置。海上風電場現場生產技術人員應當在第一時間更換問題線路保護裝置，并且依照行業流程以及規范對更換后的線路保護裝置重新進行檢查。當確認線路保護裝置各項檢查都沒有誤差之后，方可根據調度許可將有關裝置重新投入運轉之中。

(2)讓相間元件不動作。若線路出現單相接地故障時，讓相間元件不動作，可以解決線路保護跳閘以及其它相關性問題。工作人員在進行處理時，要先確定選相元件，當系統發生故障時，工作人員僅需對線路保護跳閘故障有關的繼電器元件進行檢測，便可確定故障類型，能極大降低故障排查難度，提升故障排除速度。需要重視的是，在進行故障排查時應當注意接地故障以及相間短路的區別，二者之間的區分方法為判斷線路是否有零序電流經過。

(3)修改閉鎖邏輯。在修改閉鎖邏輯時，技術人員應當重新設置保護選相元件的操作條件，在新設置中添加“選多相”選擇，在此選擇之下唯有當時間距離元件動作、定值中“相間距離Ⅱ段閉”重置1，并且保護選相元件滿足“選多相”選擇時，系統才會出現閉鎖。在出現單相接地故障時，技術人員可以通過選取單相控制、聯絡線等方式實現選相跳閘以及重合。

(4)單相接地故障時的相間距離動作處理、三跳不重合閘。在采用傳統思路處理線路的單相接地故障時，相間距離保護不會有動作。但是從線路管控的角度來處理單相接地故障時，需要計算故障發生時的電壓以和電流，如若測量阻抗落在阻抗圓內部，則說明線路有一定的過渡電阻，線路保護裝置便會啟動。

3.2　事故預防措施

(1)定期維護蓄電池。蓄電池的電壓、電量穩定可靠是保障海上風電場正常運行的關鍵。若是蓄電池的電壓不能保持在正常范圍之內，線路保護裝置就不能正常運做，容易引發跳閘事故，使得線路發生破損，影響海上風電場的正常運轉。若蓄電池電量不充足，會導致內阻變大，使得電池的承載力下降，會極大降低電池的使用效率，對電力設備的正常運轉產生較為嚴重的影響。

(2)做好驗收工作。在海上風電場建設施工完成之后，運營單位應當對風電場線路進行全面檢驗。風電場驗收工作包含電路質量、運行調試等環節，若在檢測的過程中出現問題，應責成相關部門立即進行整改、調整。在驗收過程中，應當基于“全面、嚴格、準確”的原則，構建科學的驗收標準。不同設備一般有不同的驗收標準，因此，驗收人員需要對驗收標準進行分解、細化，避免在驗收的過程中出現偏差。

(3)加強檢查、運轉調試以及監督管理。為確保海上風電場線路保護裝置能夠正常運行，工作人員應當對運轉中的線路保護裝置以及二次回路進行定期檢查，若發現線路保護裝置運行異常時，應第一時間向技術主管或上級主管部門進行匯報，并及時對異常設備進行調整或維修。

(4)保證設備質量。線路保護裝置的生產廠家應當將提高產品的性能與質量作為生產工作的重中之重，注重解決已有產品所存在的缺陷，努力提升設備質量的可靠性。

4　結語

引發海上風電場線路保護跳閘事故的原因有很多，線路保護跳閘會導致電量損失能，影響線路系統的穩定性，還會降低電力資源使用的安全性。通過剖析海上風電場線路保護跳閘事故發生的過程以及原因，并提出科學、合理的解決措施，可有效降低線路保護跳閘事故發生的概率，提高變電站線路運轉環境的安全性。

[1] 周喜樂.某風電場全停事故的分析與探討[J].工程技術(引文版),2016,6(16)37-38.

[2] 胡佳.淺析風電場35kV集電線路跳閘原因及防范措施[J].數字化用戶,2017,23(22):44.

[3] 盧智雪,劉天琪,丁媛媛.海上風電場故障特性及保護配合的研究[J].電力系統保護與控制,2018,46(10):144-151.

[4] 宋成杰,尹紅軍.淺談配電線路跳閘故障原因分析及預防措施[J].卷宗,2017,(3):120.

Analysis and prevention of line protection trip accident in offshore wind farm

WU Di

(Jiangsu Mingqiang New Energy Technology Development Co, LTD, Nantong, Jiangsu 226000, China)

China's offshore wind power development started late compared with onshore wind power development, and research in related fields is also lagging. In recent years, with the gradual expansion of the construction scale of China's offshore wind farms, the wind power operation department needs to deal with the various types of faults that may occur during the operation of wind farms, and make timely plans to improve the operation efficiency. By analyzing the process and causes of a tripping accident of a line protection device in an offshore wind farm during the main transformer back feed, the targeted solution is proposed by combining the fault waveform and relevant data, to provide a reference for handling and preventing similar accidents.

offshore wind farm; line protection trip accident; treatment method; prevention countermeasures

TM614

A

2096–8736(2022)06–0046–03

吳迪(1968—)，男，江蘇南通人，大學本科，工程師，主要研究方向為風電光伏新能源工程。

責任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立