风电场箱式变电站发生故障的原因及预防措施

　　随着我国科技水平的不断发展，箱式变电站技术也日益完善与成熟，应用范围逐渐扩大。但是，由于风电场的外部环境比较恶劣，风机分布比较广泛，而箱式变电站并不能进行远方监控，导致箱式变电站在使用过程中还是会出现一些问题，再加上各生产厂家的技术水平不同，运行弊端也存在一定偏差，所以会进一步加大箱式变电站故障的发生，导致风电场无法正常运行。

　　一、箱式变电站的运行事例

　　（ 一） 概况分析。某风电场的运行方式： 该风电场变电站为110kV 升压变电站，110KV 系统主接线为线变组运行方式；35KV 系统主接线为单母线运行方式，带 1 号集电线路间隔、2号集电线路间隔、3 号集电线路间隔、无功补偿间隔、站用变间隔、主变低压侧 301 开关间隔、35KV 母线 PT 间隔 和接地变间隔。共 33 台风机，每条集电线路各带 11 台风机。风机所使用的是 ZGS11 - Z. F - 1600/35 型组合式箱式变电站。某日，14:45,风电场监控报警响，报警显示 35kV? 3 号集电线路 315 开关零序过流保护动作，315 开关跳闸，3 号集电线路所带 11 台风机全部停机。15: 00,组织人员对 3 号集电线路进行巡视检查，并将所带 11 台风机的风机变压器高低压侧开关断开。经过对线路的仔细检查后，发现 A29 号风机箱式变电站 B 相熔断器有爆炸现象，随后立即对该设备进行隔离，并恢复其他设备的正常运行。

　　（ 二） 原因分析。事后，风电场运维人员对 A29 号风机箱式变电站进行了详细检查，并测量箱式变电站的绝缘电阻，在检查中发现高压与低压两侧的电缆并没有损坏，因此断定是箱式变电站的内部原因导致此次故障发生。发生原因主要是由于低压侧的三相母排相间以及相对地之间有电弧产生，导致保护电源零线被烧断，并在设备发生故障时，低压侧的断路器拒动作，进而造成事故发生的火灾态势逐渐蔓延，最终烧毁低压侧设备，继而将事故蔓延到箱式变电站的高压侧，而箱式变电站的高压侧电流过高，所以造成高压熔断器爆炸使 B 相接地。

　　二、提高箱式变电站可靠性的对策

　　通过以上事例的发生可以判断出箱式变电站还是存在一定的安全隐患，因此风电场就需要结合事故的发生原因以及运行经验对箱式变电站加以改造并完善。

　　（ 一） 合理布线低压侧控制线路。如果箱式变电站的低压侧布线不合理，再加上低压侧断路器保护控制零线与箱式变电站低压侧进线母排距离不足三厘米，也没有任何预防火灾的隔离设备，就会使箱式变电站的低压侧母排电弧放电因高温而熔断，最终低压侧断路器因无法运行而不能及时切断电流，继而加快了事故的发生。为了避免这一现象的发生，风电场需要厂家合理布线低压侧控制线路，并掌握好箱变控制回路与低压侧发热设备的距离，在所有控制线路中都需要安装耐火管，从而保证因相同事故发生、设备温度过高时故障不再扩大。

　　（ 二） 紧固箱变中低压侧母排设备。这次箱式变电站事故的发生，虽然低压侧母排的三相母排距离符合国家的规范标准，但是进一步检测发现，低压侧母排中的电缆固定螺母相对较长，从而缩小了箱式变电站低压侧母排间的电气距离，再加上工人在施工过程中安装不仔细以及运输途中因震动而导致母排架松动，这样极容易使相间的电弧放电。针对该问题，风电场需要紧固箱式变电站中的低压侧母排设备，加大各相中母排之间的距离，如果在母排上有多余螺母要及时拆除，这样可以提高箱式变电站的可靠性。

　　（ 三） 增强风机箱式变压器的箱体密封性。通过分析得出，导致低压侧三相母排产生电弧的原因，极有可能是该地区空气潮湿，进而导致电气设备的绝缘强度下降，从而产生了电弧放电现象； 亦或者是野外有小动物（ 如蛇等） 通过箱变柜门缝隙进入箱式变压器的内部，造成相间或对地短路放电。但无论是以上哪种原因导致的放电，都与风机箱式变的密封不良有着直接的关系。这就需要我们定期对风电场内所有箱变的密封条件进行仔细的检查，一旦发现有箱变箱体柜门存在闭合不严和密闭不良的情况，就应该及时对柜门进行调整。如可能的话，还可增加多点定位结构，并更换密封胶条，以增强箱体的密封性，从而降低此类故障发生的概率。

　　（ 四） 保证高压熔断器结构的合理性。在此次风电场箱式变电站设备的事故发生过程中，检查出在箱式变电站中高压侧的插入式高压熔断器的结构并不合理，熔断器的熔断效果主要在于熔断器的熔丝质量与安装技术水平，在箱式变电站发生事故时，变压器的内部压力就会加大，从而会导致高压熔断器的熔管冲出箱式变电站中，给箱式变电中的工作人员带来一定的安全隐患。根据我国箱式变电站的运行事例，了解到箱式变电站在开关操作时并不具备相应的可靠性，尤其是在风电场操作过程中，开关经常会有失灵的现象发生。因此，相关厂家要提出箱式变电站的改进方案，解决箱式变电站中结构不合理问题。他们的改进方案是，在满足该箱式变电站的密封油浸式变压器的同时，将熔断器与开关单独安装，使其与变压器的本体隔离开，并用手动的方式控制高压的开关。与此同时，熔断器运用跌落式熔断器，目的是不仅可以直观观察箱式变电站的开断状态，还可以进一步提高箱式变电站的可靠性。

　　三、完善箱式变电站设备

　　为了避免箱式变电站火灾事故的发生，风电场需要以这次事故为根本进行全面讨论，将箱式变电站进行智能化改造，风电场在讨论过程中，研究出了可靠性比较高的智能化改造方案。该改造方案主要是运用 GPRS 箱式变电站对风电场进行远程监控，主要由三部分构成，分别是监控中心、GPRS 通信网络中心与箱式变电站监控终端中心。其中箱式变电站监控终端中心安装在箱式变电站的内部，将电压与电流互感器对变电器的参数通过采集发送到 GPRS 通信网络中心，再上传到箱式变电站监控中心。这种箱式变电站智能化方式的改造，不仅可以提高箱式变电站的安全性能，还能够增强供电的电能质量，充分体现出箱式变电站的可靠性与稳定性，同时还减少了运行维护人员的工作强度，在一定程度上降低了运行维护人员在操作过程中的失误率。经过实际工作的论证，箱式变电站智能化改造方案给风电场的运用及监控控制与发电方案等工作提供了可靠并有效的技术手段。

　　四、结语

　　本文结合风电场中箱式变电站发生故障的事例，分析了箱式变电站的事故原因与相关策略。智能化箱式变电站具有较高的可靠性与经济性，不过风电场的发展速度比较快，再加上智能化电网的需求不断出现，对风电场的箱式变电站设备要求也越来越高，因此，为了使箱式变电站设备的可靠性更好地展现出来，需要风电场与制造厂商的研究人员共同努力，让风电场中的箱式变电站设备安全、顺利地在工作中运转。

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