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某风电场35KV线路跳闸故障分析
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关键词:箱变风机断路器短路故障熔断器
一、故障现象
2021年09月10日15:40,某风电场集控室综自报警“35kV宁新02线352过流I段动作”、“线路保护启动”、故障录波器启动等,35kV宁新02线352断路器跳闸,#24风机报“变流器网侧断路器跳闸”、“电网掉电”等故障信号,风机监控显示#24机组通讯中断,当时现场平均风速2.3m/s,机组负荷0kW。运维人员立即开展35kV宁新02线线路巡视。
二、故障处理经过
09月10日运维人员现场检查#24箱变外观无异常,高压熔断器A、B相熔断,低压侧断路器在“分”位,终端杆三相跌落保险未熔断,抽取变压器油样未见异常,9月10日23:00对该箱变做绕组绝缘电阻、绕组直流电阻等高压预防性试验,发现高压侧绕组直流电阻不平衡系数达74%,超出规程要求,实验数据为高压侧绕组直流电阻阻值:AB:19.21Ω、BC:9.659Ω、AC:9.671Ω。
09月11日对#24风机进行检查,发现风机变频器网侧母排A、B相有弧光短路现象,电网防雷熔断器Q3、辅电保护熔断器Q4保险正常但电气连结线损毁(见图1),690vAC辅电保护熔断器Q5三相保险熔断(见图2),附近柜门背面有大面积积炭(见图3),并网断路器触头有拉弧痕迹(见图4),导电轨、发电机、IGBT等其他未见异常。
图1(风机电网防雷熔断器Q3)图2(风机辅电保护熔断器Q4)
图3(风机690vAC辅电保护熔断器Q5)图4(风机断路器灼烧放电痕迹)
三、故障原因分析
1)动作过程分析
参照2021年09月10日变电站对时柜GPS时间,校对风机监控#24风机报警时间,分析如下:
15:40:01东气风机监控系统#29风机报“变流器网侧断路器跳闸”,15:40:02报“电网掉电”等故障,机组停机;
15:40:00.08435kv故障录波器突变量启动,35kV宁新02线A相、B相电流畸变、零序电流增大,B相电流最大有效值达到1587A(线路正常运行时三相电流均值在23A-25A之间,见图5);
15:40:01.06435kV宁新02线线路保护启动,瞬时故障电流最高达3.261A(维持约25ms),装置过流II段整定值1.08A(CT变比500:1,延时0.2S),线路所带其余12台风机失电停机;
15:40:01.089综自报警“35kV宁新02线352过流I段动作”等。
以GPS时间为基准进行分析,2021年09月10日15:40:01#24风机运行期间风机辅电保护熔断器Q4电气连结线端子发生短路现象,短路弧光导致风机电网防雷熔断器Q3电气连结线损毁,风机690vAC辅电保护熔断器Q5三相熔断,网侧母排A、B相弧光短路,直至并网断路器速断过流动作脱扣跳闸。机组电控等相应系统执行故障停机逻辑。故障时29#风机并网断路器瞬时速断(Ii4*In=10000A,无延时)、风机故障停机保护均正确动作,机组可靠停机。
结合箱变故障现象分析,风机网侧发生短路故障期间,#24箱变形成穿越性短路电磁链路。#24风机并网断路器跳闸后,箱变内部高压侧又发生内部短路故障,变电站综自#1主变、宁新03线线路保护、故障录波器相继启动。
从故障时序看,风机网侧发生短路,箱变形成穿越性短路电磁链路,进一步发展为箱变内部短路故障。
2)#24箱变故障分析
综上,#29风机侧定子侧导电轨发生短路后,箱变形成穿越性短路电磁链路,直至风机并网断路器跳闸,箱变低压侧断路器跳闸。
经参考相关文献,当变压器在运行中出现各种短路故障电流的冲击时,特别是出口短路和近区短路对变压器的危害最大,变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向和径向电动应力作用。当绕组内部机械结构存在薄弱环节,必然会产生绕组变形现象,包括轴向、径向尺寸变化,器身位移,匝间短路及绕组扭曲、鼓包等。变压器绕组变形后继续运行中由于绕组变形,引起变压器的绝缘材料损伤或者绝缘距离发生改变,导致绝缘强度下降,最终可能导致绝缘击穿,进一步发展为箱变内部短路故障。
经上分析,#24风机箱变受到短路电流冲击后,箱变高压绕组发生变形,后绕组绝缘薄弱点又发生放电,导致相间、匝间或层间绕组短路,箱变内高压侧熔断器A、B相熔断,风机失电,35kV宁新02线线路保护启动,352断路器跳闸。
四、故障分析初步结论
设备故障原因:
24#风机网侧辅电保护熔断器Q4电气连结线端子出现绝缘薄弱点,运行中发生相间短路,致使网侧母排A、B相弧光短路;箱变形成穿越性短路电磁链路,经受短路电流冲击发生绕组形变,进一步发展为箱变内部短路故障。
存在的其他问题:
1、从#29风机历史运行情况可以看出该机在2020年至202
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