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三、变频器并网开关不能分闸分析
变频器并网开关有失压脱扣功能,在失去外界供电时,并网开关就会断开,然而,当箱变的高压侧跳闸后,并网开关还一直处于闭合状态,即:在并网开关完全失电的状态下,也不能使其分闸,变频器并网开关属机械卡死的可能性极大。后来对事故机组的变频器并网开关进一步检查也证实不能分闸是由机械卡死所致。
究其原因,该风电场的所有机组是同一机型,与其他机组相比,事故机组地处凹地,处于两山之间,此机位的风速和风向变化极为频繁,通过主控记录数据发现,在事故发生前,因风速在切入风速附近频繁且大幅度地波动,导致机组并网频繁。平均每4-8分钟出现一次“低风切出”的触发与复位:当风大的时候,机组还在启机阶段,而并网之后,风速下降,风能低于机组维持发正电时所需要的能量,机组又迅速“低风切出”,这不仅对机组发电不利,而且,与同一风电场其他机组相比,在同样时间内变频器的并网次数增加,合闸后不能断开的概率大大增加,致使发生分闸脱扣线圈发热以及脱扣机械机构出现卡塞的概率增加,最终导致变频器并网开关无法正常分闸。在事故发生时,事故机组并网开关的动作次数为18645次,而同期投入运行的其他机组一般在6000-7000左右,也说明了该机组所在机位风况变化的频繁程度。
按照事故机组变频器厂家对所用并网开关(ABB)的使用说明,当并网开关的动作次数达到15000次后要根据具体情况判定是否可以继续使用,而且,在工作到20000次后,应当作报废处理。在事故发生时,并网开关工作的次数已达18645次。另据现场了解,该机组在事故前的一次机组维护中,没有对并网开关进行维护。因此,并网开关维护和检修不当,是造成此次并网开关不能分闸的重要原因,也是本次事故的原因之一。
四、事故还原
结合机组的相关数据及现场情况还原事故发生过程如下:
机组因风速降低,12:37:04报“低风切出”脱网,此时变频器的并网开关不能脱网,机组正常收桨,在主控的高速轴转速信息上了解到,尽管发电机定子产生的旋转磁场使叶轮有增速的趋势,但是,顺桨角度不断增大,机组高速轴转速依然不断降低,随着定子旋转磁场与转子的转差率不断增大,在发电机转子产生的感生电动势将IGBT、低电压穿越的功率元件等击穿短路,巨大的热量还使变频器转子接线的绝缘皮烧毁、融化,变频器IGBT烧毁,直至变频器处的转子接线开路(事故后,在检查变频器时进一步得到证实)。当发电机的转子接线开路以后,发电机定子的阻抗更小,定子流过电流更大,定子的发热状况进一步加剧,定子温度迅速上升。
发电机定子绕组,先是触发“定子绕组温度偏高”温度为120℃,在5s之后主控报“定子绕组温度过高”。按照参数设置,此时的温度应大于140℃;定子温度继续升高,在20s后,报“温度传感器故障”,应为定子绕组中的Pt100,或Pt100的接线被定子绕组产生的高温熔断所致。随后发电机上的润滑油管、排气罩、润滑油泵着火,机组起火燃烧。
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