2005 年底，全國風電裝機容量僅為1 220 MW，位居世界第八位?！笆晃濉睍r期，在《可再生能源法》及相關配套政策支持下，我國風電產業(yè)得到了快速發(fā)展。到“十一五”末，全國（不含港、澳、臺）共建設802 個風電場，安裝風電機組32 400 臺，總吊裝容量達到41 460 MW（建設容量38 280 MW，并網運營容量31 310 MW），年均增長率為102%，累計和新增吊裝容量均位居世界第一位，裝機規(guī)模達到了新的水平，但2010 年全年風電發(fā)電量約為490 億kWh，仍低于美國同期的風電發(fā)電量［1-2］。

從國際、國內可再生能源發(fā)展歷程看，風力發(fā)電是目前除水電外最成熟、經濟效益最好的可再生能源發(fā)電技術，重點發(fā)展風電等可再生能源必然且已經成為我國能源發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策。在《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》中亦明確指出“新能源產業(yè)重點發(fā)展新一代核能、太陽能熱利用和光伏光熱發(fā)電、風電技術裝備、智能電網、生物質能”及“加強并網配套工程建設，有效發(fā)展風電”。雖然全國風電裝機規(guī)模達到世界第一，八大千萬千瓦級風電基地開始建設，但對風電在建設和運行中逐漸暴露出大量的問題要有清醒的認識，包括風電整體質量和技術水平偏低、運行管理缺乏經驗與規(guī)范、大規(guī)模脫網事件頻發(fā)等;并網運營容量低于總吊裝容量接近三分之一，遠遠落后于發(fā)達國家，風電投資效益大打折扣;風電發(fā)展規(guī)劃與電網脫節(jié)，風電出力受限嚴重影響了風電健康、可持續(xù)發(fā)展，也危害了電網的安全穩(wěn)定運行［3-5］。

1 大規(guī)模風電基地發(fā)展

截止2010 年底，甘肅、新疆、河北、吉林、內蒙古（東、西）、江蘇六個省區(qū)的七個千萬千瓦級風電基地都通過了國家規(guī)劃審查［6］。2011 年1 月《山東半島藍色經濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》被國務院批復［7］，其中風電規(guī)劃為“到2015 年，陸地裝機容量達到7 150MW，海上風電裝機達到2 850 MW。到2020 年，海上風電裝機達到10 000 MW”。山東成為中國第八個千萬千瓦級風電基地。八個千萬千瓦級風電基地的總裝機容量約占全國的80%，由此可知風電基地在我國風電規(guī)劃中的分量，風電基地的發(fā)展和運行情況決定了我國風電事業(yè)的整體水平。

1.1 酒泉基地發(fā)展規(guī)劃

甘肅是全國風能資源較豐富的省區(qū)之一。根據《甘肅省風電工程規(guī)劃報告》和氣象部門分析成果，全省風能資源理論儲量為2.37 億kW，風能總儲量居全國第五位，其中酒泉地區(qū)年有效風能儲量在800 kWh/m2 以上，年平均有效風能密度在150 W/m2以上，有效風速時數在6 000 h 以上，可開發(fā)風電裝機容量在40 GW 左右［8］。

2007 年甘肅省政府提出了“建設河西風電走廊，再造西部陸上三峽”的戰(zhàn)略目標。酒泉地區(qū)是我國最早批準的千萬千瓦風電基地。風能條件好，年內、年際風速偏差較小，有利于風力發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行;風力氣候環(huán)境好，干燥無鹽，有利于延長風機壽命;地域遼闊，風電場選址較易，受區(qū)域內季風影響小，有利于風電場開發(fā)建設;工程地質條件好，有利于降低風電項目建設成本;交通運輸便利，有利于風電設備運輸。2009 年8 月8 日，酒泉千萬千瓦級風電基地Ⅰ期項目正式開工，2011年6 月Ⅰ期項目基本完成。2011 年5 月，酒泉風電基地Ⅱ期工程建設規(guī)劃已經得到批準。依據規(guī)劃，到2015 年酒泉風電基地裝機容量接近14 GW，至2020 年，超過20 GW。

1.2 酒泉基地特點

截止2011 年6 月底，風電并網容量達4 135 MW，在運風電機組2996 臺，機組平均容量1.38 MW。其中，1 月至6 月完成風電發(fā)電量35.1 億kWh;全網風電場累計利用小時數924 h。
故障導致系統(tǒng)電壓大幅跌落，750 kV 敦煌變330 kV 母線電壓最低跌至267 kV（0. 735 pu），其中低于0.8 pu 持續(xù)時間20 ms，在此期間因機組不具備LVRT 而脫網274 臺，共損失出力377.13 MW。故障切除后，系統(tǒng)電壓回升，而各風電場升壓站的SVC 裝置電容器支路因無自動切除功能而繼續(xù)掛網運行，造成大量無功功率過剩涌入330 kV 電網，同時因風電大量切除，造成輸變電設備負荷減輕，共同引起系統(tǒng)電壓升高，敦煌變330 kV 母線電壓瞬間達到365 kV（1.11 pu），最高達到380 kV（1.15pu），750 kV 母線電壓瞬間達到800 kV，最高達到808 kV。網內部分風電機組由于過電壓保護動作而脫網300 臺，共損失出力424. 21 MW。此外在故障期間，有24 臺機組因頻率高保護動作脫網（后查原因為變頻器模塊故障導致誤發(fā)信號），甩出力3.60MW。本次事故造成598 臺風電機組脫網，共損失出力840.43 MW，西北主網頻率最低跌至49.854Hz。

經現場檢查，發(fā)現35B4 開關間隔C 相電纜頭半導電層切口不整齊、未作錐面處理，導致應力集中。另外，未按工藝要求涂刷硅脂，導致在電纜頭應力錐部位出現絕緣薄弱點，在運行中發(fā)生單相接地故障;C 相單相接地發(fā)生后11 s，放電弧光及放電粉塵短接A、B 相電纜接線樁頭，發(fā)展為三相放電故障，開關跳閘。

風機集中脫網嚴重影響了電網電壓和頻率的穩(wěn)定，造成短時間內局部電網指標大幅波動，直接威脅到電網整體安全穩(wěn)定運行。即使類似酒泉“4·25”事件起因是由于電網故障造成330 kV 變電站部分失壓，直接影響風機533 臺，甩出力479MW，但由于風電自身繼電保護、低電壓穿越、變流器故障、無功補償和高電壓穿越等問題造成風機擴大停運745 臺，加重甩出力1 056.2 MW，導致西北電網頻率最低至49.765 Hz，遠較直接原因嚴重。

從表1 可以看出，一是故障前系統(tǒng)都處于大風天氣，風電大發(fā)，最高出力接近2 000 MW，約占當時風電總裝機容量的一半;二是故障切除的機組數量相對較少，這里故障切機的意義是切除故障連帶切除的機組，不論機組質量和有無LVRT;三是低電壓切除風機的比例越來越大，而高電壓切除風機的比例越來越小，說明風電機組的LVRT 改造比較困難，需要投資和時間，而無功補償設備的管理等整改措施效果顯著;四是其他原因跳機也越來越少，說明風電機組的管理運行水平有了明顯提高。

2 風電基地存在的安全運行問題

2.1 風電場安全運行現狀

1）大量風機不具備LVRT，風機主控參數和變流器定值與LVRT 失配，或者風電機組具有LVRT而未開放，或者聲稱具有LVRT 能力，但均未經過有資質的檢測中心檢測和認證，部分風電場的風電機組LVRT 能力只適應于三相對稱電壓跌落，而對于電網中經常出現的不對稱電壓跌落不具備穿越能力，故障過程中系統(tǒng)電壓僅降至80%，就有總脫網數一半以上的風機逃逸。酒泉某風電場6 臺完成LVRT 改造的1.5 MW機組經受了后續(xù)故障的考驗，說明了LVRT 改造的必要性。

2）風電基地中風電場集中接入電網，基本上無其他電源和負荷。750kV 敦煌變處于新疆—西北主網的聯網通道，常規(guī)電源和下級電網薄弱。這種系統(tǒng)條件下，電網電壓控制困難，正常運行時波動大。風電場內部或系統(tǒng)的短路故障引起的電壓跌落會波及到所有風電場，必然導致所有不具備LVRT和不合格的風電機組大規(guī)模脫網事故的發(fā)生。

3）目前所有風電場35 kV（10 kV）集電系統(tǒng)均為不接地系統(tǒng)，該方式是系統(tǒng)中性點對地絕緣方式，允許帶單相接地運行1～2 h，是從配電系統(tǒng)設計中借鑒過來，一般適應于接地電流小的架空線路，對于架空電纜混合的發(fā)電系統(tǒng)接線方式顯得不盡合理。未配或所配的小電流選線裝置選線正確率低，無法及時發(fā)現單相接地隱患，導致故障擴大化。同時，消諧裝置和濾波裝置由于參數選擇失配、容量偏差、投放不足等因素無法補償35 kV 系統(tǒng)的電壓波動和不平衡，加劇了低壓設備的熱疲勞。

4）風電場無功補償都是獨立設計和配置，沒有考慮其作為電源的義務，沒有開放風電機組的無功調節(jié)能力，目前所有風電機組均采用恒功率因數（cosΦ=1）模式，不能在電網需要時提供支撐。風電場無功補償裝置（SVG、SVC、MCR 等）的設計、調試和調管脫節(jié)，功能不全或參數不匹配，未按規(guī)定投退或者不能滿足快速、連續(xù)調整的基本要求，不具備自動投切濾波支路功能，風電大量脫網后出現系統(tǒng)無功過剩，致使故障后系統(tǒng)過電壓造成不少風機的逃逸。

5）風機廠家未開放風機內部控制和保護系統(tǒng)工作原理，設備廠家技術交底不充分，內部各項關鍵參數含義不清晰準確、設置混亂，尤其是造成風機低電壓保護、過電壓保護和頻率保護定值整定與電網要求不協(xié)調，個別風場SVC、SVG、MCR 裝置采集330kV 電壓與監(jiān)控系統(tǒng)電壓不一致，對出力設限，影響SVC、SVG 發(fā)揮調壓作用。事故起始不能有效地縮小事故范圍，事故后風電場自啟動恢復能力差。

6）大規(guī)模的風電建設集中投產給設計制造建設監(jiān)理驗收測試運行都帶來巨大壓力，有限的技術力量導致部分風電場在項目建設階段未能嚴把設備質量關，施工及安裝質量較差，特別是35 kV 系統(tǒng)施工工藝不良、驗收不到位、反措執(zhí)行不規(guī)范等問題更為突出。酒泉風電基地Ⅰ期工程2010 年底處在建設收尾和集中啟動并網階段，基建與運行、消缺交叉重疊，工作界面比較雜亂。承攬電纜頭制作的施工人員僅能提供入網電工許可證，無電纜工資質。35kV 集電線路箱變電纜試驗過程與規(guī)程不符。當時事故電纜交流耐壓試驗條件為52 kV、15 min，與規(guī)程規(guī)定42 kV 持續(xù)60 min 不符。

7）風電運行管理存在薄弱環(huán)節(jié)，風電場、升壓站的運行規(guī)程等規(guī)章制度不健全，設備調試報告、說明書等基礎資料不完整。對于風電場二次系統(tǒng)，包括重要的遠動信息、繼電保護定值、無功補償配置和參數的監(jiān)管不夠全面，細節(jié)掌握不充分，事故過程中的電網自適應能力不夠快速、靈敏。相關風電場運行管理不到位，沒有建立或嚴格執(zhí)行設備巡視制度，致使設備缺陷得不到及時消除，最終造成設備故障。

8）各風場運行人員不足，在自動化、保護等專業(yè)運行人員配置方面達不到要求，缺乏風電運行經驗，技術培訓、事故預案等針對性不強，有關儀器設備配置不全，如無紅外、紫外成像儀，沒有提前介入風電場安裝、調試和驗收，對裝置原理、運行和事故處理規(guī)程不熟悉，設備巡視不規(guī)范，不能及時發(fā)現設備缺陷，如4·17 事故中，35 kV 母差拒動原因為各饋線柜母差保護跳閘回路接線錯誤，造成后備保護動作，延長了故障切除時間。