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典型风电机组烧毁事故解析(一)

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网  作者:王明军  2021/1/18 9:36:58  我要投稿  

北极星风力发电网讯:近年来,国内风电机组烧毁事故频发,这与事故分析不够全面、透彻,因此没能采取积极有效的防御措施不无关系。

在分析风电机组烧毁、倒塌事故时,首先,需依据丰富的现场经验及现场勘查,全方位地收集各方面信息,并在现场找出事故的关键现象,从而确定出事故分析的准确方向;其次,关键现象与主控数据之间能相互印证,形成完整的证据链。得出事故结论与现象之间应具有必然联系;再次,运用多个学科的理论知识对事故进行综合分析,对事发时的某些特殊现象给出合理地解释。这不仅能进一步证实事故的起因,往往还可能分析出事故发生的深层次原因。

只有事故分析结论正确,找到了事发的真正原因后,才可能运用简便易行的方法指导现场,避免类似事故的再次发生。

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事故简介

1月,内蒙某风电场的1.5MW机组发生了烧毁事故。

事故机组变频器布置于塔基,机组在凌晨5:09:49秒出现“瞬时电网故障”报警,5:09:50秒,报“变频器故障”停机。事故机组所在的“10#集电线路” 出现多次震荡。5:11:41秒,集电线路3531开关分、合闸动作,5:11:42秒,两次重合闸没有成功,“10#集电线路”断电。

事发时,箱变的高、低压侧断路器均未跳闸。箱变的高压侧熔断器三相全部熔断。事故后,低压侧断路器手动分闸。箱变高、低压侧断路器,如图1、图2所示。图3为高压侧熔断器其中一相的脱落部分。

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9点30机舱外有白色烟雾出现,10点31分机舱出现黑色浓烟,11点半左右机舱出现大面积明火,于13:15分事故机组机舱火势逐渐熄灭。机舱及轮毂罩壳完全烧毁,三支叶片也不同程度地过火。

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找出事故的关键现象及起火点

准确把握事故分析的正确方向

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图4 事故机组变频器原理图

图4为事故机组变频器原理图。箱变到变频器的三相电缆接线是穿过塔基变频器接地平台的接线孔后,接到并网开关下端的三根铜排上,每根铜排(截面100×10)下方接有240mm2 多股铜芯电缆4根,中部接小铜排(截面40×5)到主开关Q1。并网开关上端的铜排连接发电机定子电缆。

变频器的接地平台由一根240mm2 多股铜芯电缆连接到塔筒上的接地排上。这样,变频器的接地平台,一方面是变频器内各部件的共同接地点。另一方面,变频器的接地平台还与塔筒、双馈发电机的定转子接地电缆以及从箱变过来的接地电缆相连,在塔基整个机组形成共地。

如图5所示,左侧为箱变到变频器的电缆接线,烧毁严重,最左边为C相电缆,C相4根电缆的绝缘层完全烧毁,右侧为变频器到发电机定子的电缆接线。

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图5 变频器到箱变和发电机定子的接线电缆

箱变连接变频器铜排的4根C相电缆,如图6所示。其中一根有两处烧出了大的缺口,如图7、图8所示,C相的4根多股铜芯电缆不仅绝缘皮已全部化为灰烬。在变频器接地平台的进线口处,其中有两根电缆的铜芯损毁严重,剩余部分不到一半,如图9所示。一根电缆的上下两缺口之间的距离正好是C相电缆下移距离,这就是说,C相电缆在下移之前,下缺口位置是与变频器的接地平台齐平的。由此可以推断,C相电缆在下移之前,电缆与接地平台之间应该存在严重打火放电,致使在电缆上烧出了巨大的缺口,如图7所示。

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因此,从事故的现场勘查来看,变频器到箱变接线的C相电缆有严重对地短路,这也是事发的直接证据(初步判定此处为事故起因):箱变到变频器接线电缆C相中一根最下端有一个大的缺口,见图8,此电缆的上端与另一根电缆上端各有一个的缺口,这两个缺口与变频器接地平台的缺口位置齐平,如图9所示。结合主控数据及事故现场实物,初步判定机组报“瞬时电网故障”是箱变到变频器接线的C相电缆对地短路造成(由此确定出事故发生的大致方向,但还需通过主控数据及理论分析进一步证实)。

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图10为事故前机组的变频器并网开关铜排状况,图11为测量机组、发电机定子电流大小的六个互感器,与图12、13比较可知:事故机组变频器并网柜烧毁严重,A、B、C三相进线电缆的铜排与并网开关Q11上铜排的固定件,以及在机壳上的铜排固定件完全损毁、脱落。A、B两相铜排上端烧毁状况基本一致,C相铜排上端烧毁状况比A、B两相严重,如图12所示。

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C相电缆与变频器并网开关相连的铜排,在并网开关烧毁以后脱落,下坠,并掉至变频器接地平台的进线孔位置。因并网开关上的电缆固定螺栓和电缆线鼻子被变频器接地平台卡住,停留在电缆进口处,C相再次与接地平台形成对地短路、拉弧。因此,在两根电缆上分别形成了两个巨大的缺口,接地平台钢板也明显受损,如图9所示。

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励磁接触器(主接触器)前端装有主开关Q1和熔断器,图14与图15分别为事故前后的励磁接触器熔断器,比较可知:在C相短路后,熔断器的绝缘部分被击穿,靠外侧机壳方向烧毁相对严重,熔断器上端的机壳及上下端接线已完全烧毁,靠左边的A相烧毁相对严重,如图15所示。

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如图16和图17所示,励磁接触器(KM1)处A、B两相外面的机壳和这两相的端子,其烧毁状况较C相严重。

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滤波器LCL的电容直接与励磁接触相并联,与励磁接触器状况类似,A、B两相烧毁较C相严重,其中,A相的固定端被烧毁后,A相接线脱落,A相的接线端子也被烧毁。如图18所示。

现场勘查存在以下疑问:

在变频器接地平台的电缆进线口处,箱变到变频器接线电缆C相及其周围烧毁较其他两相严重。然而,与C相并联的励磁接触器和LCL滤波器电容,励磁接触器前端的熔断器等则是A、B两相及其周围的机壳部分烧毁相对要严重些。

这些事发的特殊现象,还需通过进一步的理论分析,才能给出合符逻辑的解释。如果能对以上特殊现象给出合理的解释,也就使事故的起因得到了进一步证实。同时,还可能挖掘出事故发生更为深层次的原因。

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