某风电场位于西南地区海拔超30003的高山台地,土壤电阻率高,山顶气候变化无常,高高耸立的风机在此环境下遭遇雷击的概率较大。2015一2016年,多台箱变低压侧二次回路遭受强雷电波入侵,造成箱变不同程度损坏。以其中最为严输的一次事故为例,2016-03-02T20:30左右,该风电场场区周围出现持续雷雨天气,并伴随短时冰雹,雷雨天气持续至22:00,随后开始出现降雪。
此次箱变雷击事故设备损坏情况如下:
(1）高压室情况:高压室整体熏黑,室内二次线烧坏,避雷器连接引线烧坏,高压电缆损坏较小,操作小室整体熏黑,高压熔断器B、C熔芯冲出。
(2）低压室情况:低压柜整体烧坏,仪表室所有表计烧毁,断路器烧毁,断路器上端铜排部分烧熔,所有二次线烧熔。
2雷击事故原因
通过调取故障录波、保护动作信息,故障先为A相接地短路,发展为B、C相相间短路,查看现场设备实际情况,烧毁最严输部位为低压室断路器上端,三相主铜排烧熔,A相铜排熔断,B、C两相烧熔成缺口,为烧坏最厉害处,也就是故障起始点。箱变低压侧690V断路器上端A、B、C三相相间距离较近,且互感器二次线贴母排布线,二次线绝缘较低,出现电压升高后,二次线绝缘击穿,引起三相相间短路。测量接地电阻,阻值超规定低于4Q标准要求,雷击风机叶片和塔筒引起地电位抬高,随即同时抬高接地的零线电位和主回路各相电位,从而导致风机一箱变主回路产生反击高电位,超过了绝缘设计范围,造成过电压破坏箱变内设备绝缘,引起低压侧设备对地弧光放电及相间短路致使设备烧毁。
3优化改进方案
3.1检查箱变等电位连接
箱式变压器内设总等电位接地端子板,与防雷接地装置进行两处连接,连接导体采用铜芯导线或铜排,导体最小截面积≥2533,连接导体与钢质接地装置采用热熔连接,各接头焊接处采用三角搭焊。箱式变压器内所有接地线需以最短距离与等电位接地端子板连接,所有电气接地的连接处防腐处理要符合要求,定期测量接地网阻值,或通过置换接地体附近小范围内高电阻率土石以降低接地电阻,以形成一条低电阻通道,如图1所示。
3.2加强箱变内部绝缘
由于该风电场海拔超过31335,山上环境潮湿,易出现凝露现象,空气绝缘耐压水平下降,不满足高海拔、凝露环境要求。箱变693V低压侧绝缘水平低,在雷电过电压下,易出现相对地乃至相间放电并引起短路故障,增大导体间距或增强绝缘提高放电电压,可降低雷电过电压下相对地或相间短路故障的概率。对于防雷改造而言,由于箱变空间有限,主要采用增强绝缘的方式进行改造。由于母排仍有金属导体裸露,绝缘相对薄弱。在雷电过电压下,这些部位会发生放电,进而引起相对地或相间短路故障。根据对故障箱变的分析发现,短路故障多发生在低压开关母排相间,另外母排侧面箱体也有放电或烧穿痕迹。因此,对低压开关母排及其接线端加强绝缘,并对母排附近箱体进行处理。
3.2.1导体电极间安装绝缘隔板
由于箱变低压侧空间狭小,母排以及互感器二次线等电气元件相间距离较小,容易因过流发热引起相间或接地短路引发故障,将相间及相对外壳间加装绝缘隔板,增强相间及对地绝缘,避免发生事故,如图2所示。
3.2.2包裹绝缘带或热缩套管
图2相间及相对外壳间加装绝缘隔板
图3裸露接头及螺栓包裹热缩套管
4结语
雷击对风力发电的负面影响越来越受到风电行业的重视。随着风电机组容量增大和机身高度增加,大容量机组遭受雷击影响的严重性日益突出,造成的经济损失也将加大。对高海拔山区风电场箱变雷击事故的防范应引起高度重视,无论是喷涂绝缘涂料、包裹绝缘带,还是包裹热缩套管于低压开关母排、导线接头部分进行绝缘加强,都要注意绝缘包覆的完整性,包覆完成后不应出现金属裸露部分。另外,还要加强对接地电阻的检测,检查接地引下线与接地装置的连接是否符合要求,确保泄雷通道通畅。本文介绍的箱变防雷优化改进方法,希望能给同类型高海拔山区风电场风机箱变防雷工作提供参考。
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