一起风力发电用变压器低压侧断路器接地跳闸故障的检查与处理及防范

　　某风电场在年夜风期风电机组高负荷的工况下,21#风力发电用变压器(国标GB1094.16叫法,厂家制作执行机器行标JB/T10217的叫法为组合式变压器,而业界俗称箱式变压器,以下简称箱变)低压侧断路器产生多次接地故障跳闸的变乱,接地跳闸动作电流值1200A以上、光阴4s,风场组织职员依据故障征象认真阐发,细心研判,抽丝剥茧终极顺遂完成问题的反省与处置。

　　1 装备属性

　　1.1 装备简介

　　某风电场21#箱变低压侧接地情势为TN-C体系,2011年安装并使用国产着名品牌框架式断路器(ACB,也称全能式断路器)[1],其壳架品级额定电流为3200A,极数3P,为箱变低压侧出线端主掩护开关,主要用来分派电能和掩护线路及风电机组免受过载、欠压、短路、接地等故障的伤害[2];断路器过电流脱扣器采纳智能Unit3型节制器,额定电流In为1600A,具有过载长延时、短路延时、短路瞬时及接地故障四段掩护,每种掩护整定值均可在必定规模内调整,此中箱变的接地掩护整定为电流定值Ir4=1200A、时限tG=4s;断路器掩护用CT为罗氏线圈电流互感器,变比为1000A/100mV,可将一次侧年夜电流旌旗灯号转换输出毫伏级电压旌旗灯号[3],特征趋近于线性,节制器内部有两组年夜小系数来查对并匹配检测的电流,节制器颠末采样电压旌旗灯号换算出电流值,因为矢量和方式的互感器、传输线、放年夜器等的丈量偏差,接地电流丈量敏锐度为50A,而在50A以下节制器会做屏障处置不显示、不掩护[3],以是接地电流掩护不克不及用于电缆绝缘毁坏引起的泄电掩护,只能用于短路电流为数百安培的单相金属性对地短路。

　　1.2 接地掩护原理

　　接地掩护为单相金属性接地故障掩护,故障电流较年夜在几百安培以上,实用于因装备绝缘毁坏导致的故障[4],用于中性点直接接地体系,其类型为残剩电流(差值)型(T)的3P型式[5],用于均衡负载(对付不屈衡负载需将此功效封闭或将定值设于容许的不屈衡电流之上),取三相(三相三线制)电流的矢量(年夜小和相位角)经由过程节制器运算出接地电流进行掩护,当体系产生单相接地故障时该矢量和等于单相接地电流,并与节制器的设定定值进行比拟,若该电流年夜于整定值节制器将在设定的动作光阴内脱扣,断路器动作跳闸,实现单相接地掩护,但这种方式节制器无法区分不屈衡电流和接地电流。

　　依据图1,CTA、CTB、CTC检测后的电压旌旗灯号经节制器换算为对应的矢量、、,如负载均衡且相位角正常,疏忽毫安至安培级的装备正常对地泄露电流,满意++==0的关系则鉴定体系无接地故障;假如负载呈现不屈衡且相位角偏移,相符++=≠0的关系以为体系呈现接地电流,电流值年夜于50A节制器予以显示,小于整定值则鉴定为不屈衡电流;而年夜于整定值则鉴定为接地故障。接地掩护光阴-电流动作特征为准时限型,颠末智能节制器法式处置,并进行数据比拟。

　　2 故障阐发与排查

　　2.1 690V动力电缆排查及发电机排查

　　690V动力电缆及其电气回路未见破皮环境和接地征象及放电迹象,同时解开690V主回路所有接线,分离对箱变低压侧至机组主断路器电缆、机组主断路器至机组并网主打仗器铜排、机组并网主打仗器至发电机定子接线盒电缆、变流器至发电机转子接线盒电缆进行逐相逐根摇测对地绝缘,其每根电缆、铜排对地绝缘均为无限年夜。

　　分离对定子、转子绕组的直阻和绝缘电阻进行静态测试:定子。U-V直阻4.989mΩ,0.000%;V-W直阻5.048mΩ,+1.183%;U-W直阻4.930mΩ,-1.183%;对地绝缘1.770GΩ,1000V;转子。K-L直阻32.953mΩ,+0.008%;L-M直阻32.943mΩ,-0.022%;K-M直阻32.955mΩ,+0.014%;对地绝缘1.700GΩ,500V。阻值折算到冷态25℃,定子、转子绕组三相相间电阻值不屈衡率最年夜为1.183%,满意能源行业尺度《双馈风力发电机制作技术规范》(NB/T31013)线间互相误差≤2%的及格要求。

　　2.2 箱变排查

　　2.2.1 高、低压侧绕组直阻和绝缘电阻排查

　　分离对低压侧(0.69kV)、高压侧(35kV)绕组的直阻和绝缘电阻进行静态测试,低压侧(0.69kV)、高压侧(35kV)绕组三相相间电阻值不屈衡率分离为1.89%和0.03%,分离满意电力行业尺度《电气装备预防性实验规程》(DL/T 596)低压侧相间误差≤4%和高压侧线间误差≤2%的及格要求。

　　箱变直阻和绝缘电阻反省。低压侧(0.69kV):a-o直阻1.2054mΩ,b-o直阻1.2284mΩ,c-o直阻1.2201mΩ,对地绝缘2.500GΩ(2500V);高压侧(35kV):A-B直阻9.395Ω,A-C直阻9.397Ω,B-C直阻9.394Ω,对地绝缘11GΩ(1000V),结论为全体及格。

　　2.2.2 断路器智能节制器和掩护用CT排查

　　现场不具备对智能节制器和掩护用CT通年夜电流做实测实验的前提,智能节制器只能依据其接地掩护原理排查,并与接地电流有关的负载均衡和相角偏移问题进行间接断定;掩护用CT经由过程丈量CT线圈内阻初步断定其有无问题。

　　机组并网点负载均衡和相位角偏移排查。调取机组触发记载,依据故障电流波形可看出,故障点前风电机组运行正常,三相电流值均在1250A左右,负载完全均衡;故障点后三相电流值呈断崖式跌落,刹时降至0A。调取机组触发记载,依据故障相位角波形可以看出,故障点前风电机组运行正常,L1和L2相间相位角为120°,L1和L3相间相位角为240°,相位始终恒定无偏移;故障点后L1和L2相间相位角先相对偏移15°然后刹时变为0°,L1和L3相间相位角先相对微小偏移然后刹时变为0°。

　　机组变流器故障波形验证排查。调取机组变流器触发记载,依据故障电网不屈衡度波形可以看出,故障点前风电机组运行正常,电网不屈衡度始终为0%;故障点后电网不屈衡度最高达83%。依据故障波形阐发故障点为电网失落电,均注解箱变低压侧断路器在无任何以障征兆的环境下执行跳闸动作。变流器网侧故障波形也可从侧面进行验证:阶段1故障前机组正常运行,检测电网电压波形为根本规整的正弦波;阶段2当箱变低压侧断路器跳闸,风电机组主控检测到电网故障,执行紧迫停机模式,风电机组被迫形成暂态的孤岛运行方式,已发生电能无法正常输出,而发电机去磁引起定子电流、转子电流连忙上升,转子电流反作用定子线圈感应出较高电压,到达必定幅值,此进程连续16ms变流器也检测到故障;阶段3变流器在线CROWBAR触动员作,执行耗能模式,光阴连续21ms电流很快衰减至0A,即对发电机转子绕组进行短路,开启转子电流旁路通道,有用克制转子侧过电流和直流母线过电压,实现对变流器的掩护;阶段4继续连续28ms电压也平缓衰减至0V。

　　断路器掩护用CT排查。箱变低压侧断路器掩护用CT直阻反省(S1-S2):A相L145.24Ω,B相L245.27Ω,C相L346.4Ω,不屈衡率2.54%,结论为及格。一样平常环境下1000～1600A CT的内阻年夜概在45欧姆左右,个别间差别1～3欧姆属正常征象,经查掩护用CT直阻及格,但三相CT的密封资料环氧胶均存在开裂环境,且A相CT有显著过热迹象(发黑),存在机组谐波滋扰影响其丈量量精确度的可能性。

　　日常运行反省。经察看机组负载在500kW以上时,21#箱变节制器显示接地电流值65A左右;而负载在1200kW以上时,显示接地电流值170A左右;故障跳闸时显示接地电流超设定值;但用年夜口径mA级钳形表实测N相电流值仅安培级,远远小于其时断路器显示值接地电流值。日常巡检断路器显示N相电流值:A相电流值(A)481、577、1346,B相电流值(A)504、604、1241,C相电流值(A)523、621、1298,N相电流值(A)61、72、172,结论为全体非常。

　　综上,根据机组及其变流器故障波形、日常反省、器件排查等,均注解断路器在无端障的环境下执行跳闸动作,断定为误跳,所有证据指向断路器智能节制器存在问题。

　　3 处置及预防步伐

　　故障处置:依据上述阐发和排核对疑似故障点的节制器进行调换,同时也对成套配对的三相掩护CT同步进行调换(安装要正确,涉及相位角,确保360°),调换后在机组负载1250A时,箱变断路器节制器显示接地电流值0A。故障处置后反省N相电流值:A相电流值1256A,B相电流值1251A,C相电流值1258A,N相电流值0。将换下疑似问题节制器送实验室检测掩护功效得出如下结论:节制器脱扣动作正常,节制运算差错,经由过程模拟旌旗灯号测尝尝验不克不及经由过程,结论为智能节制器失效。

　　预防步伐:产生问题产物为早期用于风电行业的智能节制器,掩护设计存在瑕疵,暂时步伐是将接地掩护电流值和时限均整定到最年夜值,察看是否能躲过运算出的故障点,假如仍无律例避建议关失落接地掩护(断路器厂家一样平常不建议新能源行业开接地掩护),最好采购进级版的风电型智能节制器予以尽早调换;风电谐波滋扰虽满意国标要求但相对严重,掩护用CT引线长度应小于0.5m且应使用同轴屏障电缆[1];节制器测控电路应串接黄金铝壳年夜功率电阻器用于克制谐波滋扰,尤其老款CT在密封资料环氧树脂开裂后更易受其影响;改革接地掩护方式为地电流型(W),配套响应节制器直接取主电源中性点与接所在间的一个附加电流互感器的输出电流旌旗灯号进行掩护,即直接检测接地电流,此种方式可对断路器的上、下级接地故障同时进行掩护,此互感器和断路器额定电流对应(变比为1600A/5A、精度为0.5级),传送间隔小于10m,传输线利用带屏障的同轴电缆。

　　4 结语

　　经由过程运行数据阐发、回路装备排查、动作机理反推,鉴定故障发生缘故原由为箱变低压侧断路器误动作,因断路器节制器失效问题导致,详细说便是节制器运算差错导致误跳闸。依据产生故障的缘故原由,提出了对应的办理和防范步伐,对付反省与处置同类型故障具有进修和借鉴意义。