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(chǎn)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(wǎng)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(nèi)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(wǎng)、生物質(zhì)能”及“加強并網(wǎng)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(zhì)量和技術水平偏低、運行管理缺乏經(jīng)驗與規(guī)范、大規(guī)模脫網(wǎng)事件頻發(fā)等;并網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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(jīng)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(jù)《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(shù)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(nèi)、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(nèi)季風影響小，有利于風電場開發(fā)建設;工程地質(zhì)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(jīng)得到批準。依據(jù)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(wǎng)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(wǎng)風電場累計利用小時數(shù)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(wǎng)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(wǎng)運行，造成大量無功功率過剩涌入330 kV 電網(wǎng)，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(wǎng)內(nèi)部分風電機組由于過電壓保護動作而脫網(wǎng)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(wǎng)（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(wǎng)，共損失出力840.43 MW，西北主網(wǎng)頻率最低跌至49.854Hz。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)嚴重影響了電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，造成短時間內(nèi)局部電網(wǎng)指標大幅波動，直接威脅到電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(shù)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(zhì)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(xiàn)狀

1）大量風機不具備LVRT，風機主控參數(shù)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(jīng)過有資質(zhì)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(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)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(wǎng)數(shù)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(jīng)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(wǎng)，基本上無其他電源和負荷。750kV 敦煌變處于新疆—西北主網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)通道，常規(guī)電源和下級電網(wǎng)薄弱。這種系統(tǒng)條件下，電網(wǎng)電壓控制困難，正常運行時波動大。風電場內(nèi)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(wǎng)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(xiàn)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(shù)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(diào)節(jié)能力，目前所有風電機組均采用恒功率因數(shù)（cosΦ=1）模式，不能在電網(wǎng)需要時提供支撐。風電場無功補償裝置（SVG、SVC、MCR 等）的設計、調(diào)試和調(diào)管脫節(jié)，功能不全或參數(shù)不匹配，未按規(guī)定投退或者不能滿足快速、連續(xù)調(diào)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(wǎng)后出現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部各項關鍵參數(shù)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(wǎng)要求不協(xié)調(diào)，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(diào)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(chǎn)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(zhì)量關，施工及安裝質(zhì)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(wǎng)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(wǎng)電工許可證，無電纜工資質(zhì)。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(diào)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(shù)的監(jiān)管不夠全面，細節(jié)掌握不充分，事故過程中的電網(wǎng)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(jīng)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(diào)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(xiàn)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。