海上风电场线路保护跳闸事故分析及预防

吴　迪

海上风电场线路保护跳闸事故分析及预防

吴迪

(江苏明强新能源技术开发有限公司，江苏 南通 226000)

我国的海上风电开发与陆上风电开发起步较晚，相关领域的研究也比较滞后。近年来，随着我国海上风电场建设规模的逐步扩大，风电运营部门需要针对风电场在运行过程中可能发生的各类故障，及时做好处理预案，以提高运行效率。通过分析某海上风电场在主变压器倒送电期间，海上升压站线路保护装置发生跳闸事故的过程和原因，结合故障波形、相关数据提出了针对性的解决方案，以期为处理及预防同类事故提供参考。

海上风电场；线路保护跳闸事故；处理方法；预防对策

海上风力发电具有不占用土地资源、功率密度高、发电利用小时数高、发展潜力大等诸多优势。我国的海上风力发电由于起步时间较晚，相关研究主要集中在陆上风电，海上风电的技术储备严重不足[1]。与陆上风电相比，海上风电的风力资源更为丰富，风速以及风向稳定，而且不占用陆地空间，适合进行大规模开发。

相关研究表明，当风电大规模接入电网时，会产生很强的短路电流，这会对电路的继电保护系统造成非常大的影响。为避免因短路电流导致的电网故障，风机设备需要具备一定的低电压穿越能力[2]。

1　海上风电场线路保护跳闸事故过程

某个海上风电场海上升压站220kV的海缆采用双重化设计，配备两套线路保护装置[3]。第一套海缆线路采用的是南京某企业生产的PCS-931SA-G类型线路保护装置；第二套线路采用的是某继保自动化有限公司生产的PRS-753-A-G类型线路保护装置。

2020年1月15号晚10点，该海上风电场运转工作人员在接到调度指令之后，开始对主变压器进行冲击，42分19秒后海缆线路开关跳闸，线路失电。

在跳闸事故发生后，工作人员第一时间对继电保护相关设备进行了详细检查，发现海缆线路保护第二套装置的保护动作C相跳闸、单跳失败三跳、保护动作A、B、C三相跳闸。其它的保护装置都没有采取保护动作，第一套设备没有任何不正常的状况。通过对现场调出的线路保护装置的动作波形和故障录波装置波形进行认真比对以及分析后能够发现，在跳闸之前各相电流电压波形显示都没有任何异常状况。故障录波装置在进行保护动作时收到从保护设备发出的A、B、C三相跳闸命令，而且A、B、C这三个跳闸命令同时间内返回。线路保护装置在保护动作开始1ms之后，装置C相跳闸回采开入信号处于不正常状态，C相一直有电流经过，157ms符合设备单跳失败三跳保护逻辑，158ms保护动作A、B、C 三相跳闸。通过以上分析发现，此次跳闸事故大概率是由海缆线路第二套保护装置误动作而导致[4]。

2　事故原因分析

该海上风场工作人员与第二套保护装置的生产厂家联合对PRS-753-A-G型线路保护设备的故障原因进行深入分析，在排除了软件故障、设备老化等因素后，发现是线路保护装置C相跳闸回采开入信号有硬件故障。在现场将线路保护装置相应的回采开入信号插件拆卸下来进行仔细检查，发现保护计算机系统的运算和控制核心插件的内部插针有着不正常弯曲的情况。

3　事故处理方法与预防对策

3.1　事故处理方法

(1)更换线路保护装置。海上风电场现场生产技术人员应当在第一时间更换问题线路保护装置，并且依照行业流程以及规范对更换后的线路保护装置重新进行检查。当确认线路保护装置各项检查都没有误差之后，方可根据调度许可将有关装置重新投入运转之中。

(2)让相间元件不动作。若线路出现单相接地故障时，让相间元件不动作，可以解决线路保护跳闸以及其它相关性问题。工作人员在进行处理时，要先确定选相元件，当系统发生故障时，工作人员仅需对线路保护跳闸故障有关的继电器元件进行检测，便可确定故障类型，能极大降低故障排查难度，提升故障排除速度。需要重视的是，在进行故障排查时应当注意接地故障以及相间短路的区别，二者之间的区分方法为判断线路是否有零序电流经过。

(3)修改闭锁逻辑。在修改闭锁逻辑时，技术人员应当重新设置保护选相元件的操作条件，在新设置中添加“选多相”选择，在此选择之下唯有当时间距离元件动作、定值中“相间距离Ⅱ段闭”重置1，并且保护选相元件满足“选多相”选择时，系统才会出现闭锁。在出现单相接地故障时，技术人员可以通过选取单相控制、联络线等方式实现选相跳闸以及重合。

(4)单相接地故障时的相间距离动作处理、三跳不重合闸。在采用传统思路处理线路的单相接地故障时，相间距离保护不会有动作。但是从线路管控的角度来处理单相接地故障时，需要计算故障发生时的电压以和电流，如若测量阻抗落在阻抗圆内部，则说明线路有一定的过渡电阻，线路保护装置便会启动。

3.2　事故预防措施

(1)定期维护蓄电池。蓄电池的电压、电量稳定可靠是保障海上风电场正常运行的关键。若是蓄电池的电压不能保持在正常范围之内，线路保护装置就不能正常运做，容易引发跳闸事故，使得线路发生破损，影响海上风电场的正常运转。若蓄电池电量不充足，会导致内阻变大，使得电池的承载力下降，会极大降低电池的使用效率，对电力设备的正常运转产生较为严重的影响。

(2)做好验收工作。在海上风电场建设施工完成之后，运营单位应当对风电场线路进行全面检验。风电场验收工作包含电路质量、运行调试等环节，若在检测的过程中出现问题，应责成相关部门立即进行整改、调整。在验收过程中，应当基于“全面、严格、准确”的原则，构建科学的验收标准。不同设备一般有不同的验收标准，因此，验收人员需要对验收标准进行分解、细化，避免在验收的过程中出现偏差。

(3)加强检查、运转调试以及监督管理。为确保海上风电场线路保护装置能够正常运行，工作人员应当对运转中的线路保护装置以及二次回路进行定期检查，若发现线路保护装置运行异常时，应第一时间向技术主管或上级主管部门进行汇报，并及时对异常设备进行调整或维修。

(4)保证设备质量。线路保护装置的生产厂家应当将提高产品的性能与质量作为生产工作的重中之重，注重解决已有产品所存在的缺陷，努力提升设备质量的可靠性。

4　结语

引发海上风电场线路保护跳闸事故的原因有很多，线路保护跳闸会导致电量损失能，影响线路系统的稳定性，还会降低电力资源使用的安全性。通过剖析海上风电场线路保护跳闸事故发生的过程以及原因，并提出科学、合理的解决措施，可有效降低线路保护跳闸事故发生的概率，提高变电站线路运转环境的安全性。

[1] 周喜乐.某风电场全停事故的分析与探讨[J].工程技术(引文版),2016,6(16)37-38.

[2] 胡佳.浅析风电场35kV集电线路跳闸原因及防范措施[J].数字化用户,2017,23(22):44.

[3] 卢智雪,刘天琪,丁媛媛.海上风电场故障特性及保护配合的研究[J].电力系统保护与控制,2018,46(10):144-151.

[4] 宋成杰,尹红军.浅谈配电线路跳闸故障原因分析及预防措施[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

吴迪(1968—)，男，江苏南通人，大学本科，工程师，主要研究方向为风电光伏新能源工程。

责任编辑：张亦弛

英文编辑：吴志立