风电机组箱变低压断路器分析

引言：风电机组在实际运行中，箱变低压断路器会因不同因素出现各种故障，导致风电机组停机，严重还会造成设备损坏，对整个机组的运行带来不同程度的经济损失。因此，要对这种情况加大研究力度，掌握不同的故障原因，制定出切实有效的优化处理措施，为机组的运行提供保障。

1. 风电机组箱变低压断路器的工作原理与作用

1.1 工作原理

在电路正常运行时，箱变低压断路器能够承载和关合正常电流，确保电路顺畅通行。但当电路出现故障时，会通过感应故障电流产生的磁场或电压变化触发脱扣机构，促使断路器跳闸，迅速切断故障电流。这种响应机制可在短时间内将故障部分与正常电路隔离，保护设备和线路安全，避免故障进一步扩大，为风电机组的稳定运行提供保障。

1.2 作用

在风电机组箱变的运行体系中，低压断路器具有隔离作用。进行检修时，低压断路器能断开电路，为工作人员营造出安全环境。还能实现过载保护。若电路中的负载电流长时间超出额定值，低压断路器会感知电流的变化，当发现负载电流异常且持续过载时，便会启动相应的保护机制，避免设备在过热的状态下继续运行。此外，还可实现短路保护。当低压侧电路不幸发生短路故障时，低压断路器能够在极短时间内迅速切断电路，有效地防止短路电流对箱变以及其他相关设备造成不可估量的损坏[1]。

2. 常见故障原因分析

在风电机组箱变低压断路器的运行中，常见的故障原因有以下几点：（1）操作过电压引起的故障。合闸瞬间由于断路器触头的弹跳和电路中电感、电容等元件的存在，会产生较高的操作过电压。当其超过设备的绝缘承受能力时，就会引发绝缘击穿，进而导致短路故障。（2）绝缘问题。导致的故障内部绝缘缺陷中，箱变 690V 侧框架式断路器动静触头咬合不到位，发生位移产生间隙放电，主要是由于安装不当、设备老化或机械振动等原因引起。外部环境中，风沙雨雪等恶劣天气可能通过箱变门进入箱变 690V 侧。进入后会使低压断路器的绝缘表面受潮或积累污垢，使局部电场强度增大，容易导致绝缘击穿。此外，长期的运行环境也可能导致绝缘材料老化，绝缘材料的性能会逐渐下降，增加故障风险。（3）触头接触不良引发的故障。当箱变低压侧框架式断路器的动静触头咬合不到位时，会产生间隙放电，逐渐破坏绝缘，最终可能导致绝缘击穿。同时，这种情况还会使触头接触电阻增大。根据焦耳定律，电流通过电阻会产生热量，接触电阻越大，产生的热量就越多，促使额外的热量加速触头的损坏。（4）熔断器与断路器保护不足。部分风电场中，熔断器未能按照理论熔断特性时间及时熔断，在发生短路故障时，无法有效作出保护。而断路器电流保护在某些故障情况下可能未动作，如故障电流未达到其整定值或保护装置本身存在故障，使得故障无法及时切除，严重扩大故障范围[2]。

3. 保护配置的优化策略

3.1 加装过电压保护装置

在风电机组箱变低压断路器中，应结合实际情况，加装过电压保护装置。由于机组日常运行期间，箱变低压侧会因各种操作或外部因素产生瞬间的高幅值过电压。这种情况对设备的绝缘性能构成严重威胁，还可能引发一系列连锁反应，导致设备损坏甚至停机事故。因此，应加装过电压保护装置。具体而言，在箱变低压侧安装避雷器或压敏电阻等过电压保护装置，保证在过电压发生的瞬间迅速响应，借助装置的限制特性保护设备绝缘不受损害。避雷器通常用于防止雷电过电压，但其同样适用于操作过电压的防护；而压敏电阻则具有响应速度快、体积小、重量轻等优点，特别适合在紧凑的空间内使用。在实际实施时，需要充分考虑风电机组的具体运行环境和设备特点。例如，对于不同容量的风电机组，其箱变低压侧的电压等级和电流大小会有所不同，因此需要选择合适规格的过电压保护装置。同时，还需要确保保护装置的安装位置正确，接线牢固，以免因安装不当而影响保护效果。此外，为保证过电压保护装置的有效性，需要定期对其进行检测维护。包括检查装置的外观是否完好、连接是否紧固、性能是否下降等。一旦发现装置存在问题或性能下降，应及时进行更换或维修，使其始终处于良好的工作状态。

3.2 完善保护回路设计

关于风电机组箱变低压断路器保护配置的优化，需要完善保护回路设计。具体需要对箱变的保护回路全面检查，排查不足之处。同时，基于检查结果进行精心的优化。在实际操作中，可采用电流与电压互感器，采集电流与电压信号。接下来通过保护继电器对各种故障做出精确判断和快速切除。此过程的短路问题会瞬间造成重大损害，过载问题长期积累会引发安全隐患，优化后的保护继电器都能够依据采集到的信号进行分析判断。一旦发现问题，便能迅速做出反应，及时切除故障，保障箱变以及整个风电机组的安全稳定运行，避免因故障未及时处理而带来的一系列严重后果[3]。

3.3 定期校验保护装置

在风电机组的运行过程中，需要详细记录保护装置的动作情况，以此发现保护装置在运行过程中可能存在的问题。例如，某些异常动作可能是由于外界干扰原因引起，及时察觉这些问题可为后续的处理工作提供重要依据，保障整个系统的稳定运行。在此过程中，定期对保护装置进行校准与检验。其中，熔断器与断路器等保护装置都需要按照既定的时间周期进行校验维护。在校验过程中，要保证保护装置的性能可靠，其整定值直接关系到保护装置能否在正确的时刻动作，因此要保证整定值准确性。只有当保护装置的性能和整定值都处于良好状态时，才能在风电机组出现异常情况时，准确地切断电路，保护设备和人员的安全。另外，在整个优化过程中，还需要关注各个部件之间的协同配合。箱变的各个部分是一个有机的整体，高压侧熔断器和低压侧断路器等保护装置之间需要紧密配合，才能实现最佳的保护效果。例如，在故障发生时，熔断器和断路器的动作顺序和时间间隔都需要合理设置，避免出现保护漏洞或者误动作的情况。此情况要求在进行保护配置优化时，全面考虑各个因素，从整体上提升保护系统的可靠性。为了确保保护配置优化工作的持续有效性，还需要建立完善的监管机制。以此定期对保护配置的优化效果进行评估，再根据实际情况加以改进。期间还应加强对相关人员的培训，提高对保护装置的认识和操作技能，使其在日常运行和维护中能够正确地执行各项操作。

结论：综上所述，风电机组箱变低压断路器在实际运行时，为提高稳定性，应加强设备的选型和安装管理，并重视操作过电压的防护，还要加装过电压保护装置、优化操作流程，定期对箱变及其保护装置进行巡检、维护和校验，最大限度地减少故障损失。此外，还需要持续关注技术发展，不断优化保护策略，使其适应风电行业的高质量发展需求。

参考文献：

[1] 孙雪刚 , 康景东 , 周红旗 , 等 . 配电网箱变低压智能重合闸装置的研制及应用 [J]. 自动化博览 ,2024,41(10):56-60.

[2] 杜亮 . 某风电场箱变高压侧越级跳闸及箱变烧毁的原因分析 [J]. 自动化应用 ,2023,64(01):32-34+37.

[3] 鲁刚 , 袁乙专 , 毛启武 , 等 . 风力发电用箱变低压断路器触头烧损原因分析 [J]. 电工技术 ,2020,(08):26-28.

作者简介：彭鹏，1976.10，男，汉，本科，甘肃省平凉市崆峒区，工程师，研究方向：电工电器方面，高低压配电柜 < 高压：KYN28、KYN61，低压：MNS、GCS、GGD、GGJ、XL-21，箱式变电站 > ，电力变压器 < 干式变压器、油浸变压器 > 。