某风电场35kV干式空心电抗器起火事件分析及处理_王斌.pdf

技术|Technology94 风能 Wind Energy 由于部分风电场分布在偏远地区,风电场接入点短路容量较小,电网强度相对较弱,受风电特性影响,风电场的电压有一定的波动。从稳定风电场电压、提高电能质量、减少风电机组脱网次数的角度考虑,风电场宜选用具有自动调节的、动态的无功补偿设备。现今,35kV 直挂式高压动态无功补偿被广泛应用于 220kV 变电站中,其中与并联电容器组串联的电抗器,通常采用干式空心电抗器,将SVG 与电网连接起来。电抗器主要起到抑制合闸涌流和系统高次谐波的作用,实现能量的缓冲,它们的稳定可靠运行关系到电能质量和大电网的安全运行。干式空心电抗器具有安装成本低,运行维护简单,易于操作,不会产生磁饱等诸多优点,但也存在占用空间较大,运行环境复杂,易受阳光暴晒、风吹雨淋及鸟类活动的影响等缺点。根据国内以往电抗器故障案例研究,故障原因多数集中在受过电压或极端环境等多重因素联合作用。电抗器发生绝缘故障,严重时可能着火,进而影响其他设备的正常运行,甚至进一步造成其他设备的损坏,如并联电容器组的故障。本文通过对某风电场发生的一起 35kV 干式空心电抗器起火事件的现场调查分析,判断起火原因,并提出相应的处理措施。事件概况某风电场地处东南沿海的滩涂,安装有 20 台风电机组,单机容量 2.5MW,总装机容量 50MW,升压站为 220kV。干式空心电抗器的型号 CKGKL-867/35-10HW,额定电压35kV,额定电流为 428.89A,额定电抗 4.71,电抗率为10%,为 SVG 配套设备,采用三相平装布置,5%可调,容量为 26000kVar。该风电场的 35kV 直挂式高压动态无功补偿成套装置,采用水冷式（户外）型,主要由连接电抗、启动柜、功率柜、控制柜组成,通过连接干式空心电抗器直接并联接入到 35kV 系统。干式空心电抗器主要由结构件、支柱绝缘子和线圈三部分组成。为了实现干式空心电抗器的正常安全运行工作,必须注重电抗器的散热性,因而在结构上将电抗器的线圈做成数个包封内外并联,用玻璃丝制通风道撑条将每一个包封分隔,以此来形成散热通道。包封由多根单丝原铝线并绕而成。线圈的外部由浸有特殊材质的环氧玻璃丝环绕而成,从而保证电抗器外部绝缘,并对外界环境进行隔离。某日中午,天气晴,风电机组监控显示的平均风速为 5.45m/s,SVG B 相干式空心电抗器突然冒烟并逐渐起火。运行人员发现后,按照应急预案要求立即断开SVG 开关及 SVG 隔离开关,并使用手车式灭火器扑灭明火。由于现场 SVG 未采集 B 相（故障相）电流,暂时无法获得 B 相故障前的运行工况。分析非故障相 A 相电流波形发现,该相出现过严重过负荷的情况,最大负荷电流 507.89A,过负荷倍数约 507.89/428=1.19,但因为故障电流未达到 35kV SVG 开关过流、保护动作值,故保护未动作。经检查,烧毁位置主要位于调感线圈与主线圈之间的间隙处,铝排及引线已被严重烧蚀,大量烧蚀后的金属渣掉落在地面（图 1）。原因分析事件发生后,立即赶到现场的厂家电气人员检查发现,抽头连接方式正确,无短接闭环的情况,符合设计要求,导线松动不明显,基本排除了产品质量缺陷问题。风电场技术人员在现场仔细排查发现,电抗器匝间的连接头材料为铝质材料,而熔断的引线端子通过电缆铜质线鼻与电抗器匝间连接头直接连接。由于缺少铜铝过渡板（一种电力传输连接用的过渡接触板件。该板件一面为铜质材料,另一面为铝质材料,分别用于连接铜质端子与铝质端子,防止发生电化学腐蚀作用,部件结构如图 2 所示）连接,容易在接头处发生电化学反应。在 25环境下,铝的标准电极电位为-1.66V,而铜的某风电场35kV干式空心电抗器起火事件分析及处理文|王斌Technology|技术2023年第01期 95 标准电极电位在+0.337 +0.521V1,二者存在较大差异,容易形成一种化学电池。对于标准电极电位相对较低的铝,当被置于电解液中时,容易失去电子变成铝离子,从而发生腐蚀,而标准电极电位较高的铜则不容易发生腐蚀。这样就会引起铜铝之间接触不良,使得接触电阻增大。当有电流通过时,将使接头部位温度升高,而温度升高加速了接头腐蚀,增加了接触电阻,造成恶性循环,最终导致接线端子熔化着火,电抗器烧损。故最终判断,干式空心电抗器起火的直接原因是基建期设备安装施工工艺质量缺陷,即调感线圈与主线圈之间的铝排匝间连接头与电缆头之间未加装铜铝过渡片,埋下了设备隐患。而风电场技术管理人员的日常设备维护检修管理不到位,未及时发现隐患,也是导致该事件发生的一个主要原因。故障处理与防范紧急联系厂家从附近仓库调试验合格的单相电抗器至风电场,拆除烧损的 B 相电抗器,安装新电抗器并对电抗器各相各电缆头与匝间连接头处进行检查,发现有缺失铜铝过渡片的进行补装,并对设备进行直阻和耐压试验。试验均合格后,SVG 恢复送电,运行正常。针对此次事件暴露出的施工工艺质量缺陷,以及设备维护检修管理不到位的问题,提出相应的防范措施：（1）举一反三,全面检查其他 A、C 两相干式空心电抗器的电缆铜质线鼻子与电气设备铝质接头是否采用铜铝过渡板连接,若无,应加装,并涂以导电膏,以增大导电能力。对于铜铝过渡线夹,要重点检查铜铝过渡处有无裂纹。运行人员应加强对设备线夹的巡视,在巡视过程中如发现某处线夹存在严重风摆或受机械力的情况,要及时上报缺陷申请处理。（2）由于干式空心电抗器为免维护设备,预防性试验规程中对干式电抗器的试验项目要求为,必要时测量阻抗,1 年或必要时红外测温。故运行人员在日常巡检时,应定期使用红外热成像仪对 SVG 户外干式空心电抗器电缆连接头处测温,发现有温度高异常及时停止设备运行。将 SVG户外干式空心电抗器列入每年全站停电预试检修设备清单,重点开展直流电阻测试、匝间绝缘耐压试验。（3）本次事件整个过程保护未动作也给原因分析带来极大困难,应对保护配置重新校核,有必要设置零时速断保护或反时限电流保护,以求能更迅速地切除故障,避免事故范围的扩大。（4）为无功补偿设备加装故障录波设备,这样有助于在故障发生之后更方便、迅速、准确地分析故障原因、故障类型、故障发展过程,并结合故障录波为无功补偿设备增加新的保护,以最大限度地避免事故的扩大。结语本文通过分析某风电场发生的一起 35kV 干式空心电抗器起火事件,结合现场检查情况确定了起火原因,并针对事件暴露的问题提出了干式空心电抗器安装、运维的预防措施,以进一步提升设备安全运行水平。本文所述案例可为风电场无功设备事故分析提供参考,同时也可为风电场无功设备运维管理提供借鉴,保证电抗器的安全稳定运行。（作者单位：福建寿宁牛头山水电有限公司）图1 SVG B相电抗器烧损图2 铜铝过渡板1:白新德.材料腐蚀与控制 M.北京：清华大学出版社，2005.