典型风电机组烧毁事故解析（一）

  近年来，国内风电机组烧毁事故频发，这与事故分析不够全面、透彻，因此没能采取积极有效的防御措施不无关系。

  在分析风电机组烧毁、倒塌事故时，首先，需依据丰富的现场经验及现场勘查，全方位地收集各方面信息，并在现场找出事故的关键现象，从而确定出事故分析的准确方向；其次，关键现象与主控数据之间能相互印证，形成完整的证据链。得出事故结论与现象之间应具有必然联系；再次，运用多个学科的理论知识对事故做综合分析，对事发时的某些特殊现象给出合理地解释。这不仅能进一步证实事故的起因，往往还可能分析出事故发生的深层次原因。

  只有事故分析结论正确，找到了事发的真正原因后，才可能运用简便易行的方法指导现场，避免类似事故的再次发生。

  事故机组变频器布置于塔基，机组在凌晨5:09:49秒出现“瞬时电网故障”报警，5:09:50秒，报“变频器故障”停机。事故机组所在的“10#集电线秒，两次重合闸没有成功，“10#集电线路”断电。

  事发时，箱变的高、低压侧断路器均未跳闸。箱变的高压侧熔断器三相全部熔断。事故后，低压侧断路器手动分闸。箱变高、低压侧断路器，如图1、图2所示。图3为高压侧熔断器其中一相的脱落部分。

  9点30机舱外有白色烟雾出现，10点31分机舱出现黑色浓烟，11点半左右机舱出现大面积明火，于13:15分事故机组机舱火势逐渐熄灭。机舱及轮毂罩壳完全烧毁，三支叶片也不同程度地过火。

  图4为事故机组变频器原理图。箱变到变频器的三相电缆接线是穿过塔基变频器接地平台的接线孔后，接到并网开关下端的三根铜排上，每根铜排（截面100×10）下方接有240mm2 多股铜芯电缆4根，中部接小铜排（截面40×5）到主开关Q1。并网开关上端的铜排连接发电机定子电缆。

  变频器的接地平台由一根240mm2 多股铜芯电缆连接到塔筒上的接地排上。这样，变频器的接地平台，一种原因是变频器内各部件的共同接地点。另一方面，变频器的接地平台还与塔筒、双馈发电机的定转子接地电缆以及从箱变过来的接地电缆相连，在塔基整个机组形成共地。

  如图5所示，左侧为箱变到变频器的电缆接线，烧毁严重，最左边为C相电缆，C相4根电缆的绝缘层完全烧毁，右侧为变频器到发电机定子的电缆接线 变频器到箱变和发电机定子的接线电缆

  箱变连接变频器铜排的4根C相电缆，如图6所示。其中一根有两处烧出了大的缺口，如图7、图8所示，C相的4根多股铜芯电缆不仅绝缘皮已全部化为灰烬。在变频器接地平台的进线口处，其中有两根电缆的铜芯损毁严重，剩余部分不到一半，如图9所示。一根电缆的上下两缺口之间的距离正好是C相电缆下移距离，这就是说，C相电缆在下移之前，下缺口位置是与变频器的接地平台齐平的。由此能够推断，C相电缆在下移之前，电缆与接地平台之间应该存在严重打火放电，致使在电缆上烧出了巨大的缺口，如图7所示。

  因此，从事故的现场勘查来看，变频器到箱变接线的C相电缆有严重对地短路，这也是事发的直接证据（初步判定此处为事故起因）：箱变到变频器接线电缆C相中一根最下端有一个大的缺口，见图8，此电缆的上端与另一根电缆上端各有一个的缺口，这两个缺口与变频器接地平台的缺口位置齐平，如图9所示。结合主控数据及事故现场实物，初步判定机组报“瞬时电网故障”是箱变到变频器接线的C相电缆对地短路造成（由此确定出事故发生的大致方向，但还需通过主控数据及理论分析进一步证实）。

  图10为事故前机组的变频器并网开关铜排状况，图11为测量机组、发电机定子电流的大小的六个互感器，与图12、13比较可知：事故机组变频器并网柜烧毁严重，A、B、C三相进线电缆的铜排与并网开关Q11上铜排的固定件，以及在机壳上的铜排固定件完全损毁、脱落。A、B两相铜排上端烧毁状况基本一致，C相铜排上端烧毁状况比A、B两相严重，如图12所示。

  C相电缆与变频器并网开关相连的铜排，在并网开关烧毁以后脱落，下坠，并掉至变频器接地平台的进线孔位置。因并网开关上的电缆固定螺栓和电缆线鼻子被变频器接地平台卡住，停留在电缆进口处，C相再次与接地平台形成对地短路、拉弧。因此，在两根电缆上分别形成了两个巨大的缺口，接地平台钢板也明显受损，如图9所示。

  事故前，机组长期处在正常发电状态。5:09:48秒，发电功率为251KW转速1273rpm。查看主控数据，在5:09:49秒，C相的电网电压远低于正常值，并出现“瞬时电网故障”报警，此报警通常由电网故障触发。然而，在5:09:49秒，同在“10#集电线路”的其他机组（总共有10台，事发时，还有别的6台处于正常发电状态）均没有此报警。这说明“瞬时电网故障”是由事故机组本身造成。

  箱变到变频器接线电缆在变频器接地平台处短路时，C相的很大一部分相电流是通过短路电缆直接与变频器接地平台接通，而没有流经电流互感器计入主控；A、B、C三相的相电流值均很大，远超过额定电流值。仅出现了一次，因快照采样的时间间隔为1秒，取值为主控的最后一个采样周期值，而不是1秒内的平均值。从此时间前后的相电流数据分析来看，此电流的时间应小于1秒。在初始短路瞬间，三相分布电容上的电荷变化很大，因此，三相的电容电流值均很大。

  首先，箱变到变频器的接线根单芯电缆。根据相关要求，箱变到变频器的接线电缆，每相需要接电缆的4根芯。由4根粗电缆分出来12芯的小电缆，在现场安装时很容易与变频器接地平台的进线口发生挤压、干涉。在变频器接地平台上，长期的人为走动以及大功率变频器风扇等部件的振动，会造成电缆芯线绝缘层的破坏，引发对地短路。因此，在机组运行多年以后，出现了箱变到变频器接线电缆的对地短路问题。

  其次，事故机组箱变为35KV/0.69KV，箱变高压侧为三角形接法；低压侧为星形接法，按箱变的安装要求，低压侧的中性线应在箱变处良好接地，箱变接地线应在塔筒内与机组塔筒、双馈发电机定转子接地线，以及变频器接地平台共地。然而，在现场勘查时发现，在现场安装时，事故机组箱变低压侧的中性线没有与箱变接地线相接，处于悬空状态。因此，属于中性点不接地系统，如图19所示。这样，当出现负载对地短路时，就不能促成箱变低压侧断路器迅速跳闸断开。

  箱变的690V端有多个线路存在。并且，箱变到变频器接线以及变频器负载的每条线路都存在对地电容，若线所示)的C相接地后，可以视负载电流、电容电流流经线路阻抗上的电压降为零，则总系统中C相对地电压均为零，因此，各组件的C相对地电容电流也就等于零，与此同时，A相、B相的电容电流和对地电压也随之升高，理论上升高约为1.73倍。

  在箱变上，有它自身A相、B相的对地电容电流IAG、IBG，但由于它依然是其他电容电流产生的唯一电源，所以，在C相上要流回从故障点所流上来的全部电容电流；根据基尔霍夫定律，有流入就要有流出。在B、A两相中，又要分别流出各线路上相应的对地电容电流，此时从箱变出线侧所产生的零序电流仍是三相电流之和。由图20能够准确的看出，从C相流入的各线路的电容电流，又分别从B、A两相流出了，因此这部分相加后互相抵消为零，只剩下箱变自身的电容电流。

  在电缆进线、变频器铜排处，C相对地短路的时间远超过A、B相，因电流大，发热大，部件烧毁越严重。所以，箱变到变频器接线电缆的C相变频器铜排（接地点）处烧毁程度比其他两相严重；而与它并联的其他负载线路，则是C相烧毁程度比其他两相轻。从另一个侧面说明了：箱变到变频器接线的接线铜排在变频器接线进口平台处发生短路是造成此次事故的原因。

  事故机组对地短路引发的谐振使集电线，该集电线kV的断路器分、合闸动作，5:11:42：232和5:42:28：354毫秒，集电线路两次重合闸，但没有成功，集电线路断电。因重合闸过程中对事故机组的冲击，事故机组箱变高压侧A相熔断器被熔断，2#主变35KV 侧的A相电流产生突变，至此，事故机组三相保险全部熔断，机组断电。

  为避免类似事故的再次发生，在风电场安装时，应依照国家相关设备技术标准与生产厂商提供的箱变技术规范选配合适的箱变及参数设置；保证箱变低压侧断路器具备应有的保护功能，箱变高压侧熔断器的选配、安装方法正确等；保证箱变到变频器接线电缆的安装质量；确保箱变低压侧中性线应按要求接地，完善低压侧的零序保护。

  目前，有的风电企业，其公司机构设置完备，工作审批程序繁琐，而对风电场有用，并能真正激励现场人员积极性的方针和政策并不多；公司的管理和研发人员等一系列辅助人员众多，而能真正服务于风电场、能解决现场问题、指导现场的人员不多；当重大事故发生以后，没有深入分析，没能找出事故的真实原因；公司与风电场严重脱节，没有建立起与风电场实际相吻合的管理模式，这是我国风电机组烧毁事故频发的重要原因。