2.5MW风力发电机组断路器频繁跳闸故障原因分析

2015年第33卷第2期内蒙古电力技术INNERM0NG0LIAELECTRICPOWER47DOI103969ISSN1008621820150201325MW风力发电机组断路器频繁跳闸故障原因分析时宝良1北京京能新能源有限公司内蒙古分公司，呼和浩特，孙燕霞，王冰010070；2中广核风电有限公司内蒙古分公司，呼和浩特010070摘要某风电场25MW风力发电机组网侧电容器漏液导致断路器跳闸故障，在更换跳闸断路器后的38H仍频繁发生跳闸故障。从拆解设备、测量温度、分析运行情况等方面进行原因分析，发现设计方案中将2台15MW机组变流器并联组成25MW机组变流器，在机组运行过程中，2台变流器互相调制产生谐波，使得断路器内部电流互感器的铁心产生高温，从而烧毁与其并列安装的测量线圈，导致断路器频繁跳闸。根据故障原因，采取了更换变流器内部数据线和改变机组的调制频率等处理措施。经测试，改装后机组运行稳定。关键词风力发电机组；断路器；电流互感器；电容器漏液；调制频率文献标志码B中图分类号TM561文章编号10086218201502004706FREQUENTLYTRIPPINGANALYSISOF25MWWTGSCIRCUITBREAKERSHIBAOLIANG，SUNYANXIA。，WANGBING1INNERMONGOLIABRANCHOFBEIJINGJINGNENGNEWENERGYCOITD，HOHHOT010070，CHINA；2GUANGDONGNUCLEARWINDPOWERCO，LTD，INNERMONGOLIABRANCH，HOHHOT010070，CHINAABSTRACTCAPACITORFAULTOFGRIDSIDEIN25MWWINDTURBINERESULTEDINTRIPPINGFAILUREOFTHEBREAKERTHEBREAKERSWEREALSOBREAKDOWNAFTERREPLACINGTHENEWONE3TO8HOURSLATERTHISPAPERSUMMARIZEDTHEMAINFACTORSTHATAFFECTEDTRIPPINGOFCIRCUITBREAKER，WHICHWASFROMTHEMODULATIONEQUENCYTHROUGHTHERESEARCHABOUTDISMANTLINGDEVICE，TEMPERATUREMEASUREMENTANDANALYSISOFRUNNINGUNITANALYSISTHEHARMONICWASPRODUCEDFROMTHE25MWUNITCONVEERWHICHWASCONSISTOFTWO15MWUNITCONVERTERINPARALLE1THEHARMONICSWASPRODUCEDBYTHEBOTHOFCONVEERMODULATIONINTHEPROCESSOFUNITOPERATION，WHICHRESULTEDINCURRENTTRANSFORMERCORETOPRODUCEHIGHTEMPERATUREBURNINGTHEMEASURINGCOIL，SOTHECIRCUITBREAKEREQUENTTRIPPINGTHEPROBLEMWASRESOLVEDBYCHANGINGTHEDATALINEANDTHEMODULATIONFREQUENCYKEYWORDSWINDTURBINEGENERATORSYSTEM；CIRCUITBREAKER；CURRENTTRANSFORMER；CAPACITORFLUIDLEAKAGE；REGULATINGEQUENEY0引言低压框架式断路器在风力发电系统中起着至关重要的作用，不仅可以承载正常运行状态下的负载电流，而且当机组发生短路、过流、过载、断相、漏电等故障时，能自动并快速地切断故障，对整个机组起保护作用N。本文结合某风电场25MW风力发电机组网侧【收稿日期20141226【作者简介】时宝良1972，男，内蒙古人，学士，工程师，从事新能源生产管理工作。内蒙古电力技术20I5第33卷2电容器漏液导致的断路器跳闸故障，分析故障原因，提出故障处理方法及改进方案。J事故概况20130829，某风电场25MW风力发电机组网侧滤波电容器漏液，渗漏的液体流至连接的断路器及直流母排上，造成了机组停机事故。20130830，运行人员现场更换网侧滤波电容器，同时打磨直流母排处理。但在运行约4H后，1台网侧断路器跳闸，断路器复位按钮弹出。运行人员将跳闸断路器更换为新断路器。新断路器在运行5H后，再次发生跳闸事故。本次事故共损坏5台断路器。更换的新断路器由施耐德电气中国有限公司生产，型号为NW16H1，额定电流为1600A，新安装的5台断路器具有以下共性1能正常进行分、合闸操作；2在机组正常运行38H内跳闸；3故障现象为复位按钮弹出。2故障原因排查21解体测试集中拆解损坏的5台断路器，编号依次为15号，发现断路器内部电流互感器烧毁，I910试内阻等数据，并与正常运行状态下的6号断路器的测试数据进行对比，测试数据如表1所示。行过程中对网侧电流的测量结果产生偏差，从而导致断路器跳闸。下面分析几种可能的故障原因，并提出判断的依据和处理措施1。1由于电容器漏液，液体流到直流母排上，使直流母排生锈导致电阻增大，进而产生过热现象。当过热温度传至电流互感器，会损坏电流互感器外壳，并进一步损坏内部线圈。检查直流母排与断路器连接处螺栓力矩，并打磨直流母排表面后，断路器仍然跳闸。2断路器外部供电回路产生谐波，导致电流互感器烧损。检查、测量断路器外部供电回路，更换不问断供电电源后，断路器仍然跳闸。3断路器内部电流互感器感应电流后烧毁线圈，并进一步损坏电流互感器外壳。采用示波器和功率分析仪进行测量，发现变流器在运行过程中会产生能量很高的高频电流分量，频率为变流器调制开关频率。网侧电容器支路电流和通过断路器的电流的有效值RMS值在1个周期内波动，当波动达到最大峰值时，其中1相的电流为其他2相电流的2倍，此时，高频电流幅值达到最大。综合分析认为，断路器中电流互感器烧毁原因可能是断路器内部电流互感器感应电流。以下通过调整调制频率，尝试变流器调制频率条件下的不同控制组合模式来确定故障原因。表16台断路器参数测试对比数据3故障检测与原因分析22故障可能原因通过数据对比可知，5个故障断路器的后4组数据与正常运行状态下断路器的定值基本相同，可以判断5个断路器能够正常脱扣。在正常运行情况下断路器互感器线圈阻值为4555N。故障断路器中互感器线圈阻值与正常运行状态下的阻值相差很大，可以判断电流互感器线圈已损坏，导致机组运31调整调制频率311调制频率为3KHZ条件下的测试情况根据风力发电机组逆变并网部分现场一次系统，模拟谐波测试点系统模拟图如图1所示。图L谐波测试点系统模拟图52内蒙古电力技术20L5年第33卷22当变流器双柜体同时调制运行时，在调制频率为3KHZ的情况下，会出现频率为3KHZ的高频振荡现象。3通过对隔离柜主从柜汇合点的测量，未发现谐波，说明谐波电流在2个柜体之间，未影响电网侧设备的运行状态。经过分析，进一步确定热量来自于断路器内部电流互感器铁心。在电网一次侧设备有过高幅值的高频振荡电流的情况下，烧毁了与电流互感器并列安装的测量线圈。该铁心虽不直接用于测量电流，但却是感应电流回路的重要组成部分。电流互感器中的硅钢片在高频电流的作用下产生涡流，并瞬间急速升温，烧毁与其相邻的测试线圈，进而导致断路器损坏。42措施通过事故分析，发现电容器漏液只是故障产生的诱因，并非直接原因，但也给机组的运行安全带来了威胁。为保障电容器的安全运行，运行人员在电容器上方安装了温度测试仪用于记录电容器的实时温度，发现问题及时进行处理；同时在程序中设置了温度预警，减少了由于电容器漏液引起的故障次数。针对此次故障，可将变流器柜体内部接线由双绞线更换为光纤，将网侧变流器的调制频率由3KHZ改为4KHZ，可使风机恢复正常运行。随着25MW风力发电机组数量的不断增多，类似问题也日益暴露出来。该机组按照上述措施进行了改造，截至目前，机组运行平稳，再未发生此类故障。参考文献1】王朝霞框架式断路器智能控制器的研制【D济南山东大学，200524【2】李建林，高志刚，胡书举并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用IJ1电力系统自动化，2008，3255962【3】胡家兵，贺益康，刘其辉基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略J】电力系统自动化，2005，292432384】刘其辉，贺益康，赵仁德变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制【J1电力系统自动化，2003，27206267【5张健永磁电机性能及参数数值计算与实验研究D】一E京华北电力大学，201222266】许广龙框架断路器大电流试验计算机测控系统研究D天津河ILI业大学，20101213实习编辑钱美宏一一一一一一一。一一一一一一一L接46页算法的谐波和问谐波频谱估计J_电工技术学报，2005，20109497【6欧阳华，吴正国，尹为民由变换和MUSIC算法在间谐波检测中的应用【J电力系统及其自动化学报，2012，2458387【7】李新，程纯东，张淮清基于实值ROOTMUSIC和PRONY算法的间谐波参数估计【J电力自动化设备，2012，321156598】高培生，谷湘文，吴为麟基于空间谱和支持向量回归机的间谐波分析J电力系统自动化，2007，31246770【9】田伟，王洪希，白晶基于互高阶谱MUSIC法的间谐波检测【JJ继电器，2007，3522495210张滨生，喻乐，和敬涵，等基于快速TLSESPRIT的问谐波检测算法电力自动化设备，2011，312263111曹健，林涛，强晓刚，等采用改进支持向量机和复小波变换的谐波和间谐波测量方法J高电压技术，2011，3761384139012曹健，林涛，徐遐龄，等基于最小二乘和时频原子变换的谐波间谐波测量算法J】电工技术学报，2011，261OL713JCAPONHIGHRESOLUTIONFREQUENCYWAVENUMBERSPECTRUMANALYSISJIEEE，1969，5781408141814RTLACOSSDATAADAPTIVESPECTRALANALYSISMETHODSJGEOPHYSICS，1971，36466167515朱天敬，王晨曦基于SVDMMVDR和PRONY算法的问谐波参数估计J】电力科学与工程，2013，2911510【16】BRUCERMUSICUSFASTMLMPOWERSPECTRUMESTIMATIONFROMUNIFORMLYSPACEDCORRELATIO