广西卓洁电力工程检修有限公司广西桂林市资源县541400
摘要：通过对风电故障机理的研究，分析了大量演变过程，提出了利用继电器出口信号、调整无功补偿装置的闭锁时间来提高风电场无功调节能力的方法。利用软件建立风电场的动态模型，重复了大量演变过程，验证了控制方法的可行性。结果表明，该控制方法能有效地提高了风机的效率，防止事故发生。
关键词：高山风电场；SVG设备；应用
引言
近年来，针对大型风电场的串级跳闸事故，进行了一系列相关的文献研究，分析了双馈机组在接近满负荷运行的情况下的联动断开机理，以单台风力发电机组为研究对象，分析了单台机组在停电时的保护动作和运行状态。从整个系统出发，包括风电场、电网和无功补偿装置，全面分析了事件的发展过程。指出在高压电网输电过程中，风力发电机组的数量甚至高于风力发电机组数量。研究了风力发电机组运行过程中无功功率需求的变化以及故障产生的原因，由于保护对象的不统一，风机保护阈值设置、风机安全稳定控制系统和风机继电保护设置之间存在矛盾。在此基础上，提出了一种预防风电场故障的风电机组保护与控制方法。
以风电场无功补偿装置的优化控制为目标，选取多个风电场事件，分析事件特点。研究表明，多起事件的原因均是风电场附近电气设备单相短路故障引起的三相故障，导致电网电压下降，部分风机低压穿越，加重风机的运行负荷。无功补偿装置投入使用后，电网电压升高，但不能及时恢复，而切断电源则会导致电网电压升高。在电网因高压保护而被切断之前，出现了大规模的电机并网破坏现象。根据事故发生的原因，提出了防止连锁故障发生的安全策略。通过调整无功补偿装置的切换时间，提高风电场无功输出的控制能力。利用软件，建立了风电机组和风电场的模型，再现了风电机组的离网级联过程。实践证明，该控制策略对降低电压降深度、减少低压切割机数量、增强故障清除功能。
一、高山风电场SVG应用简介
中国西南部（四川、云南、广西、贵州）风电场升压站一般海拔在2000米左右，湿度大，易出现云雾天气，云雾属于高山环境，海拔高，湿度高，凝结度高。
由于风电场易受到电网的影响。传统的无功功率补偿不能满足要求，SVG能够连续快速地改变无功功率，因此在风电场中得到了广泛的应用。其系统接线图见图1。
高山环境对支持风机系统的可靠性和环境的适应性提出了严格的要求。近年来，我国西南地区高山风电场越来越多。电场建成运行后3～4年间，高湿环境严重影响了电场SVG设备的正常运行。通过分析高原高湿环境对SVG设备运行的影响，提出了解决方案和比较结果。
二、高空效应机理
随着海拔高度的增加，大气压力降低，电气间隙和外绝缘强度降低。电气设计在1000米以上时，应满足设备生产和试验场地的绝缘要求。绝缘水平应按k=1/（1.1-h/10000）修正（注：h为海拔高度）。如果SVG设备的电气间隙和距离设计不够，会降低其绝缘性能，严重时会导致绝缘击穿、相间短路和设备损坏。此外，高空空气介质开关柜的灭弧性能下降，开关能力下降，使用寿命缩短。
同时，随着海拔高度的增加，空气密度降低，散热条件变差，这将增加高压电器运行时的温升，但气温随海拔高度的增加而逐渐降低，补偿部分受海拔高度的影响，离子温度升高。此外，随着海拔的升高，紫外线辐射增加率也会增大。
太阳总辐射照度增加率大幅提升，在3000米低空时达到相应值的两倍，紫外线辐射使有机绝缘材料加速老化，使空气容易电离，降低了外绝缘强度和电晕起始电压。
三、高湿凝结的影响机理
SVG设备通常放置在室内或容器中。直接通风管道由于其发热量大且集中，常用强制风冷进行散热。空气直接从室外进入SVG室，然后通过SVG冷却管道排至室外。在这种情况下，外部灰尘会被湿气吸入，并积聚在电路板、连接器、IGBT模块、配电开关、铜电缆等内部部件上。常用的保护涂层不能完全保护湿粉尘，从而降低了设备的绝缘能力，导电性失效，严重影响设备运行。
对于海拔高、湿度大、昼夜温差大的地区，SVG在这样的环境中运行，空气温度与设备温度的差异导致设备上的水滴凝结，产生凝露现象，危险性更大，可能导致电闪事故。
四、风电场建模理论
在风电场分析中，为了简化分析，一般认为在系统误差较大的情况下，同一风电场中的风机差异不大，因此将风电场建模为等效模型，整个风电场等效于一台机器或划分为若干个风场。多个机群是由单个机群组成的一台机器，影响很小。由于风电场串联断开事故主要是由于大型风电场风机数量多，多台风机造成的整体影响。因此，采用基于电压的等效方法建立等效风电场。
五、高山风力发电SVG的改进措施
1.电气绝缘设计
1.1户外设备
一般要求所有室外设备所涂油漆必须能防止紫外线辐射。设备在海拔高度为450m以上时应该进行相应的隔离措施。
1.2避雷器
高海拔地区避雷器的距离应与其他电气设备的距离同步增加。避雷器内绝缘和护套绝缘的雷电冲击水平应不低于额定电流下剩余电压的1.2×2倍。
1.3电源柜绝缘材料
考虑使用具有较好绝缘性能的绝缘材料，如FR－4，以满足65kV以上的耐受电压水平，适用于5000米的海拔高度。
1.4接触器/断路器
在高海拔地区，空气密度降低，散热能力降低，额定绝缘电压降低，从而使灭弧能力下降，导致导通和断开能力降低。当在高海拔地区使用接触器或断路器时，不仅要降低额定电压，而且还要降低额定电流的容量。
1.5开关电源
由高空散热引起的开关电源需要用于降低容量。对于4V/230V模块电源，输出电流应低于10A，在高海拔时，建议将电源的输出功率降低到额定功率的80%。10～20A的推荐输出功率应降低到额定功率的75%。
2.散热设计
在高海拔条件下，稀薄的空气和相同的热量可以增加单位体积的空气温度，并对散热有较大的影响，主要体现在以下两个方面。
2.1反应堆冷却
国标GB1094.11干式变压器每小时升高1000米。干式变压器产品的温度极限值需要降低10%。通过降低反应器的散热量，可以提高反应器的安全性和稳定性。
2.2功率部分散热
在高原使用时，为了产生相同的制冷量，需要大幅增加散热量。增加量应根据环境温度和海拔高度来确定。在1000米的高度下，散热量应增加至少10%，以满足动力部件的散热需求。
3.防结露设计
湿度控制是空气中水蒸气含量的直接降低。温度控制旨在通过增加温度和减少相对湿度来消除冷凝。SVG设备工程设计中，主要的防结露方法主要有以下3种。
3.1内循环散热
柜式风机内部循环散热，设置除湿机和轴流风机。通过增加SVG室内的空气温度来减少相对湿度，以避免冷凝效应。由于空气仍与外界环境进行交换，故只能减少冷凝效果，不能完全消除。
3.2密闭散热
空调是旨在用来加热房间，房间是密封的，与外界环境没有空气交换。该方案能很好地解决冷凝问题。缺点是需要大功率的空调器，尤其是大容量设备运行时，会造成较大的损耗、噪音和不经济的运行。
3.3水冷却
SVG采用纯水冷却方式，房间密封良好，室内空调具有除湿功能，能很好地解决冷凝问题，在运行过程中，损耗小，噪音低。
结束语
高山风电场作为SVG运行的特殊环境，应充分考虑高海拔、高湿的恶劣环境。为了适应高海拔运行环境，应对电气绝缘设计和散热设计进行相应的修正和调整。在高凝环境中，水冷却散热是解决冷凝问题的最佳方案，特别是在大容量运行条件下。根据目前SVG项目的实施情况，水冷SVG具有运行稳定、无环境影响、维护工作量小、损耗低、噪音低等优点。它已逐渐成为高山风力发电SVG设备散热的首选方案。
参考文献
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