酒泉风电基地脱网事故频发的原因分析

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