酒泉风电基地脱网事故频发的原因分析

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根据 风 电 场 并 网 技 术 规 范 的 要 求,风 电 机 组 应 该满足电压跌落到 额 定 电 压 的 20% 时 维 持 625 ms 不脱网。酒泉风电基地接入系统设计批复明确提出 了低电压穿越能力 要 求,在 酒 泉 风 电 基 地 的 风 电 机 组补充技术协议中 进 一 步 明 确 了 该 技 术 要 求,风 电 企业也做 出 具 备 低 电 压 穿 越 能 力 的 承 诺。 但 2011 年以来,所有事故电 压 跌 落 幅 度 均 远 远 低 于 规 范 的 要求,却已经造 成 了 大 量 风 电 机 组 脱 网 事 故。 多 次 事故证明,绝大多数 风 电 机 组 根 本 不 具 备 低 电 压 穿 越能力,这是导致单 个 风 电 场 事 故 演 变 为 风 电 机 组 大规模脱网事故的 必 然 原 因。“2·24”桥 西 风 电 场 事故过程示意图 见 [3] 附录 A 图 A1。 1.3 动 态 无 功 补 偿 设 备 存 在 缺 陷
关 键 词 :风 力 发 电 ;风 电 机 组 脱 网 ;安 全 稳 定 ;应 对 措 施 ;电 力 系 统
0 引 言ຫໍສະໝຸດ 1 直 接 原 因 分 析
酒泉是国家批准开工建设的第1个千万千瓦级 风电基 地,截 至 2011 年 底,甘 肃 全 省 并 网 运 行 的 风 电总装机容 量 为 5.703 GW,占 全 省 发 电 总 装 机 容 量的20.4%,其中,酒 泉 风 电 基 地 并 网 风 电 装 机 容 量为 5.223 GW[1],成 为 全 世 界 集 中 并 网 规 模 最 大 的风电基 地 之 一。 在 风 电 并 网 容 量 不 断 增 加 的 同 时,酒 泉 风 电 基 地 也 进 入 了 事 故 的 高 发 期,截 至 2011年5月底,酒泉风电基地风 电 场 累 计 发 生 事 故 53 次[2],明 显 进 入 了 风 电 场 事 故 的 高 发 期,除 了 “4·25”事 故 是 电 网 事 故 波 及 风 电 场 以 外 ,其 他 事 故 均是风电场事故 影 响 到 电 网。 其 中,风 电 机 组 脱 网 数量超 过 100 台、影 响 范 围 较 大 的 事 故 7 次,尤 其 是 “2·24”事 故 以 来 发 生 的 3 次 严 重 脱 网 事 故 ,分 别 甩风电出力840,1 006,1 535 MW,不断刷新风电机 组脱网事故纪录。如此大规模风电机组集中脱网, 不 仅 导 致 电 力 系 统 电 压 、频 率 大 幅 度 波 动 ,而 且 直 接 威胁到电力系统的安全稳定运行。
另 外 ,风 电 场 投 产 初 期 通 常 也 是 事 故 的 高 发 期 , 酒泉风电基地大多数风电场都经历了故障频发到逐 步稳定的过程,但以 前 风 电 总 规 模 较 小 且 分 期 投 入 运行,尽管 也 发 生 过 一 些 问 题,但 没 有 造 成 大 的 影 响。2011年以来,酒 泉 风 电 基 地 风 电 场 集 中 投 产, 短时期内2 000 多 台 风 电 机 组 几 乎 同 时 并 网 投 产, 并且大部分风电机组集中在 750kV 敦煌变电所的 330kV 母线一个并网点,在风电事故高发的同时风 电场又相互影响,导 致 不 仅 事 故 频 发 而 且 脱 网 机 组 数众多。750kV 敦煌变电所330kV 母线电压变化 曲线[3]见附录 A 图 A3。 1.5 小 结
摘要:酒泉风电基地大规模脱网事故频发,对电力系统安全稳定运行造成了 较大的影响,引起 了 国 内 外 广 泛 关 注 和 热 议 。 以 大 规 模 脱 网 事 故 的 实 测 资 料 为 基 础 ,针 对 酒 泉 风 电 基 地 规 划 、建 设 和 管 理 等 方 面 的 具 体 情 况 ,详 细 分 析 了 酒 泉 基 地 事 故 频 发 的 直 接 、间 接 和 系 统 原 因 ,从 规 划 、管 理 、政 策 、标 准和科技等方面提出了应对措施。
第 36 卷 第 19 期 2012 年 10 月 10 日
DOI:10.3969/j.issn.1000-1026.2012.19.008
Vol.36 No.19 Oct.10,2012
酒泉风电基地脱网事故频发的原因分析
汪 宁 渤 ,马 彦 宏 ,丁 坤 ,周 识 远 ,周 强
(甘肃省电力公司风电技术中心,甘肃省兰州市 730050)
酒泉 风 电 基 地 主 要 安 装 了 华 锐、金 风 和 东 汽 三 大风电制造企业的 机 组,而 近 期 发 生 脱 网 事 故 的 机 组绝大部 分 也 是 由 这 三 大 风 电 制 造 企 业 生 产 的 机 组。风电机组的低电压穿越能力等方面的技术问题 欧美国家已经解决,之 所 以 在 中 国 成 为 风 电 发 展 的 技 术 瓶 颈 ,首 先 是 国 内 自 主 研 发 能 力 不 足 ,过 分 依 赖 国外的技术,最先进 的 风 电 机 组 制 造 技 术 国 外 不 愿 意 转 让 ;其 次 是 当 时 在 引 进 制 造 技 术 时 ,过 分 注 重 价 格因素,导致风 电 机 组 关 键 技 术 引 进 不 完 整。 尽 管 目前国内主流风电机组制造企业已经通过了低电压 穿越能力检测,但其 风 电 机 组 在 实 际 运 行 时 仍 然 存 在技术性能不稳定的问题。 2.4 风 电 并 网 管 理 规 范 不 健 全
2 间 接 原 因 分 析
2.1 技 术 标 准 缺 失 2005年依据当时国内小 规 模、分 散 式 的 风 电 发
展状况,颁布了中国 第 1 个 风 电 场 接 入 电 网 的 技 术 规定———GB/Z 19963—2005。伴随 着 《中 华 人 民 共 和 国 可 再 生 能 源 法 》的 颁 布 实 施 ,中 国 风 电 连 续 6 年 高速发 展,到 2011 年 底,中 国 风 电 的 总 装 机 容 量 已 经 成 为 世 界 第 一,达 到 62.733 GW[4],GB/Z 19963—2005已经根本无法满 足 大 规 模 集 中 开 发 的 风电发展技术需求,中 国 风 电 在 高 速 发 展 的 同 时 不 得不面临着技术标准缺 失 的 尴 尬 局 面。2011 年 底, 修改后 的 国 家 标 准 GB/T 19963—2011《风 电 场 接 入电力系统技术 规 定》才 正 式 颁 布,并 已 于 2012 年
事故中,风机馈线 电 缆 头 故 障 造 成 跳 闸 27 次,占 酒 泉风电基地所有故障 的 51%[2]。 除 此 之 外,还 存 在 虽 然 电 缆 头 短 路 但 没 有 造 成 跳 闸 的 情 况 ,另 外 ,还 有 部分电缆头缺陷被 及 时 发 现 而 没 有 造 成 故 障,如 果 计 及 这 些 ,则 风 电 场 风 机 馈 线 电 缆 头 缺 陷 、短 路 故 障 次数远大于27 次。 不 同 风 电 场 风 机 馈 线 电 缆 头 如 此 频 繁 地 发 生 相 同 故 障 ,反 映 出 风 电 场 电 缆 头 施 工 、 监理、验收和建 设 管 理 普 遍 存 在 的 不 足。 这 种 共 性 的设备缺陷是导致风电场事故频发的必然原因。 1.2 发 电 机 组 不 具 备 低 电 压 穿 越 能 力
6 月 开 始 执 行,有 助 于 缓 解 技 术 标 准 和 管 理 规 范 缺 失的矛盾。 2.2 风 电 基 础 管 理 薄 弱
尽管酒泉风电基地的风电规模已经达到常规电 源的水平,但风电场 的 基 础 管 理 水 平 与 常 规 电 源 之 间 存 在 着 明 显 差 距 ,多 数 风 电 场 的 运 行 管 理 规 程 、规 范和技术标准不完善。在风电连续6年高速增长的 背景下,人才队伍建 设 无 法 适 应 风 电 快 速 发 展 需 要 的 问 题 凸 显 ,并 且 大 部 分 新 建 风 电 场 运 行 、建 设 技 术 管理人员缺乏经验,对 大 批 刚 参 加 工 作 的 新 员 工 的 培 训 严 重 不 足 ,人 员 素 质 制 约 了 风 电 场 建 设 、运 行 管 理 水 平 的 提 高 。 同 时 ,风 电 场 设 备 技 术 监 督 、检 测 手 段和检验验收能力 也 存 在 明 显 不 足,致 使 风 电 场 设 备 缺 陷 难 以 及 时 发 现 ,造 成 风 电 场 设 备 故 障 频 发 。 2.3 设 备 制 造 企 业 创 新 能 力 不 足
风电场普遍存在的馈线电缆头安装质量问题, 电缆头频繁爆炸和馈线小电流选线保护功能配置问 题 ,必 然 导 致 风 电 场 事 故 频 发 ;由 于 风 电 机 组 普 遍 不 具备低电压穿越能 力,个 别 风 电 场 发 生 故 障 引 起 电 压跌落导致附近风 电 机 组 大 批 同 时 脱 网,是 集 中 脱 网事故频发的直接 原 因;风 电 场 动 态 无 功 补 偿 设 备 仅投入容性部分或 未 投 入,使 得 电 力 系 统 电 压 大 幅 度 升 高 ,导 致 大 量 风 电 机 组 高 电 压 脱 网 ,是 事 故 扩 大 化的主要原因。
· 绿 色 电 力 自 动 化 · 汪 宁 渤 ,等 酒 泉 风 电 基 地 脱 网 事 故 频 发 的 原 因 分 析
分风电机组因为低 电 压 脱 网 时,该 部 分 风 电 场 无 功 补偿设备与风电汇集线路同时向系统注入大量容性 无功功率,导致 电 力 系 统 电 压 大 幅 度 升 高。 当 系 统 电压超过额 定 电 压 的 110% 时,低 电 压 时 未 脱 网 的 部分风电机组几乎 同 时 脱 网,风 电 场 动 态 无 功 补 偿 设备不完善是导致脱网事故扩大的主要原 因 。 [3] 发 生事故时恰好无功 补 偿 设 备 投 入 不 足,虽 具 有 偶 然 性 ,但 无 功 补 偿 设 备 缺 陷 较 多 又 具 有 一 定 的 必 然 性 。 桥西风电场330kV 升 压 站 电 压 变 化 曲 线 见 [3] 附 录 A 图 A2。 1.4 其 他 直 接 原 因
酒泉风电基地风电场均分别安装了晶闸管相控 电 抗 器 (TCR)、磁 控 电 抗 器 (MCR)和 静 止 无 功 发 生 器(SVG)型动态无 功 补 偿 设 备,但“2·24”事 故 时, 风电场动态无功补偿设备动态部分一半以上无法正 常投运,仅投入了电容部分(FC 滤波支路)[3]。当 部
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常规 电 源 形 成 了 一 整 套 并 网 管 理 的 程 序、制 度 和 规 范 ,例 如 ,火 电 机 组 必 须 经 过 安 装 、调 试 、启 动 验 收试验、168h 试运行、消缺到并网商业运行完 整 的 程序考验,通常保证 了 投 产 的 火 电 机 组 基 本 具 备 良 好的技术性能。风电场不仅缺乏全国统一完整的启 动 验 收 管 理 规 范 ,而 且 由 于 风 电 场 机 组 台 数 众 多 ,在 启动验收时通常只 有 少 数 机 组 具 备 并 网 条 件,难 以 开 展 所 有 风 电 机 组 的 启 动 验 收 试 验 ,因 此 ,尽 管 完 成 风 电 场 启 动 验 收 试 验 、试 运 行 等 程 序 ,仍 然 无 法 全 面 检验风电场的真 实 技 术 性 能。 另 外,低 电 压 穿 越 能 力等关键检测项目受到试验条件的限制难以及时开 展,使得风电场存在 的 许 多 问 题 在 投 产 以 后 才 陆 续 暴露。 2.5 其 他 间 接 原 因
国家电力监管委员会专门组织开展了酒泉风电 基地脱网事故调查,发 布 了 事 故 调 查 报 告 和 事 故 情 况通报;风电企业、制 造 企 业、电 网 公 司 组 织 分 析 原 因,寻找对策。酒泉 风 电 脱 网 事 故 也 引 起 了 国 内 外 广泛关注与热议。在此结合酒泉风电基地的具体情 况,从技 术、管 理、政 策、体 制 和 机 制 等 不 同 角 度,进 一步研究探索酒泉 风 电 基 地 事 故 频 发 的 直 接、间 接 和 系 统 原 因 ,同 时 提 出 应 对 措 施 。
收 稿 日 期 :2012-03-15;修 回 日 期 :2012-05-28。 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (863 计 划 )资 助 项 目 (2011AA05A104); 甘 肃 省 科 技 计 划 资 助 项 目 (1002GKDA009,1009GTGA024)。
1.1 电 缆 头 安 装 质 量 问 题 突 出 2011年 1 月 以 来,酒 泉 风 电 基 地 发 生 的 53 次
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