2005 年底，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量?jī)H為1 220 MW，位居世界第八位?！笆晃濉睍r(shí)期，在《可再生能源法》及相關(guān)配套政策支持下，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。到“十一五”末，全國(guó)（不含港、澳、臺(tái)）共建設(shè)802 個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)電機(jī)組32 400 臺(tái)，總吊裝容量達(dá)到41 460 MW（建設(shè)容量38 280 MW，并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)容量31 310 MW），年均增長(zhǎng)率為102%，累計(jì)和新增吊裝容量均位居世界第一位，裝機(jī)規(guī)模達(dá)到了新的水平，但2010 年全年風(fēng)電發(fā)電量約為490 億kWh，仍低于美國(guó)同期的風(fēng)電發(fā)電量［1-2］。

從國(guó)際、國(guó)內(nèi)可再生能源發(fā)展歷程看，風(fēng)力發(fā)電是目前除水電外最成熟、經(jīng)濟(jì)效益最好的可再生能源發(fā)電技術(shù)，重點(diǎn)發(fā)展風(fēng)電等可再生能源必然且已經(jīng)成為我國(guó)能源發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策。在《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中亦明確指出“新能源產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展新一代核能、太陽(yáng)能熱利用和光伏光熱發(fā)電、風(fēng)電技術(shù)裝備、智能電網(wǎng)、生物質(zhì)能”及“加強(qiáng)并網(wǎng)配套工程建設(shè)，有效發(fā)展風(fēng)電”。雖然全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到世界第一，八大千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地開(kāi)始建設(shè)，但對(duì)風(fēng)電在建設(shè)和運(yùn)行中逐漸暴露出大量的問(wèn)題要有清醒的認(rèn)識(shí)，包括風(fēng)電整體質(zhì)量和技術(shù)水平偏低、運(yùn)行管理缺乏經(jīng)驗(yàn)與規(guī)范、大規(guī)模脫網(wǎng)事件頻發(fā)等;并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)容量低于總吊裝容量接近三分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，風(fēng)電投資效益大打折扣;風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃與電網(wǎng)脫節(jié)，風(fēng)電出力受限嚴(yán)重影響了風(fēng)電健康、可持續(xù)發(fā)展，也危害了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［3-5］。

1 大規(guī)模風(fēng)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(gè)省區(qū)的七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地都通過(guò)了國(guó)家規(guī)劃審查［6］。2011 年1 月《山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》被國(guó)務(wù)院批復(fù)［7］，其中風(fēng)電規(guī)劃為“到2015 年，陸地裝機(jī)容量達(dá)到7 150MW，海上風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到2 850 MW。到2020 年，海上風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到10 000 MW”。山東成為中國(guó)第八個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。八個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地的總裝機(jī)容量約占全國(guó)的80%，由此可知風(fēng)電基地在我國(guó)風(fēng)電規(guī)劃中的分量，風(fēng)電基地的發(fā)展和運(yùn)行情況決定了我國(guó)風(fēng)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(guó)風(fēng)能資源較豐富的省區(qū)之一。根據(jù)《甘肅省風(fēng)電工程規(guī)劃報(bào)告》和氣象部門(mén)分析成果，全省風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量為2.37 億kW，風(fēng)能總儲(chǔ)量居全國(guó)第五位，其中酒泉地區(qū)年有效風(fēng)能儲(chǔ)量在800 kWh/m2 以上，年平均有效風(fēng)能密度在150 W/m2以上，有效風(fēng)速時(shí)數(shù)在6 000 h 以上，可開(kāi)發(fā)風(fēng)電裝機(jī)容量在40 GW 左右［8］。

2007 年甘肅省政府提出了“建設(shè)河西風(fēng)電走廊，再造西部陸上三峽”的戰(zhàn)略目標(biāo)。酒泉地區(qū)是我國(guó)最早批準(zhǔn)的千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地。風(fēng)能條件好，年內(nèi)、年際風(fēng)速偏差較小，有利于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行;風(fēng)力氣候環(huán)境好，干燥無(wú)鹽，有利于延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)壽命;地域遼闊，風(fēng)電場(chǎng)選址較易，受區(qū)域內(nèi)季風(fēng)影響小，有利于風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)建設(shè);工程地質(zhì)條件好，有利于降低風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)成本;交通運(yùn)輸便利，有利于風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸。2009 年8 月8 日，酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地Ⅰ期項(xiàng)目正式開(kāi)工，2011年6 月Ⅰ期項(xiàng)目基本完成。2011 年5 月，酒泉風(fēng)電基地Ⅱ期工程建設(shè)規(guī)劃已經(jīng)得到批準(zhǔn)。依據(jù)規(guī)劃，到2015 年酒泉風(fēng)電基地裝機(jī)容量接近14 GW，至2020 年，超過(guò)20 GW。

1.2 酒泉基地特點(diǎn)

截止2011 年6 月底，風(fēng)電并網(wǎng)容量達(dá)4 135 MW，在運(yùn)風(fēng)電機(jī)組2996 臺(tái)，機(jī)組平均容量1.38 MW。其中，1 月至6 月完成風(fēng)電發(fā)電量35.1 億kWh;全網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)累計(jì)利用小時(shí)數(shù)924 h。
故障導(dǎo)致系統(tǒng)電壓大幅跌落，750 kV 敦煌變330 kV 母線(xiàn)電壓最低跌至267 kV（0. 735 pu），其中低于0.8 pu 持續(xù)時(shí)間20 ms，在此期間因機(jī)組不具備LVRT 而脫網(wǎng)274 臺(tái)，共損失出力377.13 MW。故障切除后，系統(tǒng)電壓回升，而各風(fēng)電場(chǎng)升壓站的SVC 裝置電容器支路因無(wú)自動(dòng)切除功能而繼續(xù)掛網(wǎng)運(yùn)行，造成大量無(wú)功功率過(guò)剩涌入330 kV 電網(wǎng)，同時(shí)因風(fēng)電大量切除，造成輸變電設(shè)備負(fù)荷減輕，共同引起系統(tǒng)電壓升高，敦煌變330 kV 母線(xiàn)電壓瞬間達(dá)到365 kV（1.11 pu），最高達(dá)到380 kV（1.15pu），750 kV 母線(xiàn)電壓瞬間達(dá)到800 kV，最高達(dá)到808 kV。網(wǎng)內(nèi)部分風(fēng)電機(jī)組由于過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作而脫網(wǎng)300 臺(tái)，共損失出力424. 21 MW。此外在故障期間，有24 臺(tái)機(jī)組因頻率高保護(hù)動(dòng)作脫網(wǎng)（后查原因?yàn)樽冾l器模塊故障導(dǎo)致誤發(fā)信號(hào)），甩出力3.60MW。本次事故造成598 臺(tái)風(fēng)電機(jī)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(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)35B4 開(kāi)關(guān)間隔C 相電纜頭半導(dǎo)電層切口不整齊、未作錐面處理，導(dǎo)致應(yīng)力集中。另外，未按工藝要求涂刷硅脂，導(dǎo)致在電纜頭應(yīng)力錐部位出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)，在運(yùn)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(xiàn)樁頭，發(fā)展為三相放電故障，開(kāi)關(guān)跳閘。

風(fēng)機(jī)集中脫網(wǎng)嚴(yán)重影響了電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，造成短時(shí)間內(nèi)局部電網(wǎng)指標(biāo)大幅波動(dòng)，直接威脅到電網(wǎng)整體安全穩(wěn)定運(yùn)行。即使類(lèi)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(fēng)機(jī)533 臺(tái)，甩出力479MW，但由于風(fēng)電自身繼電保護(hù)、低電壓穿越、變流器故障、無(wú)功補(bǔ)償和高電壓穿越等問(wèn)題造成風(fēng)機(jī)擴(kuò)大停運(yùn)745 臺(tái)，加重甩出力1 056.2 MW，導(dǎo)致西北電網(wǎng)頻率最低至49.765 Hz，遠(yuǎn)較直接原因嚴(yán)重。

從表1 可以看出，一是故障前系統(tǒng)都處于大風(fēng)天氣，風(fēng)電大發(fā)，最高出力接近2 000 MW，約占當(dāng)時(shí)風(fēng)電總裝機(jī)容量的一半;二是故障切除的機(jī)組數(shù)量相對(duì)較少，這里故障切機(jī)的意義是切除故障連帶切除的機(jī)組，不論機(jī)組質(zhì)量和有無(wú)LVRT;三是低電壓切除風(fēng)機(jī)的比例越來(lái)越大，而高電壓切除風(fēng)機(jī)的比例越來(lái)越小，說(shuō)明風(fēng)電機(jī)組的LVRT 改造比較困難，需要投資和時(shí)間，而無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的管理等整改措施效果顯著;四是其他原因跳機(jī)也越來(lái)越少，說(shuō)明風(fēng)電機(jī)組的管理運(yùn)行水平有了明顯提高。

2 風(fēng)電基地存在的安全運(yùn)行問(wèn)題

2.1 風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行現(xiàn)狀

1）大量風(fēng)機(jī)不具備LVRT，風(fēng)機(jī)主控參數(shù)和變流器定值與LVRT 失配，或者風(fēng)電機(jī)組具有LVRT而未開(kāi)放，或者聲稱(chēng)具有LVRT 能力，但均未經(jīng)過(guò)有資質(zhì)的檢測(cè)中心檢測(cè)和認(rèn)證，部分風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組LVRT 能力只適應(yīng)于三相對(duì)稱(chēng)電壓跌落，而對(duì)于電網(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)的不對(duì)稱(chēng)電壓跌落不具備穿越能力，故障過(guò)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(fēng)機(jī)逃逸。酒泉某風(fēng)電場(chǎng)6 臺(tái)完成LVRT 改造的1.5 MW機(jī)組經(jīng)受了后續(xù)故障的考驗(yàn)，說(shuō)明了LVRT 改造的必要性。

2）風(fēng)電基地中風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)，基本上無(wú)其他電源和負(fù)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(jí)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(yùn)行時(shí)波動(dòng)大。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部或系統(tǒng)的短路故障引起的電壓跌落會(huì)波及到所有風(fēng)電場(chǎng)，必然導(dǎo)致所有不具備LVRT和不合格的風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)事故的發(fā)生。

3）目前所有風(fēng)電場(chǎng)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(diǎn)對(duì)地絕緣方式，允許帶單相接地運(yùn)行1～2 h，是從配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中借鑒過(guò)來(lái)，一般適應(yīng)于接地電流小的架空線(xiàn)路，對(duì)于架空電纜混合的發(fā)電系統(tǒng)接線(xiàn)方式顯得不盡合理。未配或所配的小電流選線(xiàn)裝置選線(xiàn)正確率低，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)單相接地隱患，導(dǎo)致故障擴(kuò)大化。同時(shí)，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?zé)o法補(bǔ)償35 kV 系統(tǒng)的電壓波動(dòng)和不平衡，加劇了低壓設(shè)備的熱疲勞。

4）風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償都是獨(dú)立設(shè)計(jì)和配置，沒(méi)有考慮其作為電源的義務(wù)，沒(méi)有開(kāi)放風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，目前所有風(fēng)電機(jī)組均采用恒功率因數(shù)（cosΦ=1）模式，不能在電網(wǎng)需要時(shí)提供支撐。風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG、SVC、MCR 等）的設(shè)計(jì)、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(mǎn)足快速、連續(xù)調(diào)整的基本要求，不具備自動(dòng)投切濾波支路功能，風(fēng)電大量脫網(wǎng)后出現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)功過(guò)剩，致使故障后系統(tǒng)過(guò)電壓造成不少風(fēng)機(jī)的逃逸。

5）風(fēng)機(jī)廠家未開(kāi)放風(fēng)機(jī)內(nèi)部控制和保護(hù)系統(tǒng)工作原理，設(shè)備廠家技術(shù)交底不充分，內(nèi)部各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)含義不清晰準(zhǔn)確、設(shè)置混亂，尤其是造成風(fēng)機(jī)低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)和頻率保護(hù)定值整定與電網(wǎng)要求不協(xié)調(diào)，個(gè)別風(fēng)場(chǎng)SVC、SVG、MCR 裝置采集330kV 電壓與監(jiān)控系統(tǒng)電壓不一致，對(duì)出力設(shè)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(fēng)電場(chǎng)自啟動(dòng)恢復(fù)能力差。

6）大規(guī)模的風(fēng)電建設(shè)集中投產(chǎn)給設(shè)計(jì)制造建設(shè)監(jiān)理驗(yàn)收測(cè)試運(yùn)行都帶來(lái)巨大壓力，有限的技術(shù)力量導(dǎo)致部分風(fēng)電場(chǎng)在項(xiàng)目建設(shè)階段未能?chē)?yán)把設(shè)備質(zhì)量關(guān)，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(yàn)收不到位、反措執(zhí)行不規(guī)范等問(wèn)題更為突出。酒泉風(fēng)電基地Ⅰ期工程2010 年底處在建設(shè)收尾和集中啟動(dòng)并網(wǎng)階段，基建與運(yùn)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(wú)電纜工資質(zhì)。35kV 集電線(xiàn)路箱變電纜試驗(yàn)過(guò)程與規(guī)程不符。當(dāng)時(shí)事故電纜交流耐壓試驗(yàn)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(fēng)電運(yùn)行管理存在薄弱環(huán)節(jié)，風(fēng)電場(chǎng)、升壓站的運(yùn)行規(guī)程等規(guī)章制度不健全，設(shè)備調(diào)試報(bào)告、說(shuō)明書(shū)等基礎(chǔ)資料不完整。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)二次系統(tǒng)，包括重要的遠(yuǎn)動(dòng)信息、繼電保護(hù)定值、無(wú)功補(bǔ)償配置和參數(shù)的監(jiān)管不夠全面，細(xì)節(jié)掌握不充分，事故過(guò)程中的電網(wǎng)自適應(yīng)能力不夠快速、靈敏。相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理不到位，沒(méi)有建立或嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備巡視制度，致使設(shè)備缺陷得不到及時(shí)消除，最終造成設(shè)備故障。

8）各風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行人員不足，在自動(dòng)化、保護(hù)等專(zhuān)業(yè)運(yùn)行人員配置方面達(dá)不到要求，缺乏風(fēng)電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)培訓(xùn)、事故預(yù)案等針對(duì)性不強(qiáng)，有關(guān)儀器設(shè)備配置不全，如無(wú)紅外、紫外成像儀，沒(méi)有提前介入風(fēng)電場(chǎng)安裝、調(diào)試和驗(yàn)收，對(duì)裝置原理、運(yùn)行和事故處理規(guī)程不熟悉，設(shè)備巡視不規(guī)范，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，如4·17 事故中，35 kV 母差拒動(dòng)原因?yàn)楦黟伨€(xiàn)柜母差保護(hù)跳閘回路接線(xiàn)錯(cuò)誤，造成后備保護(hù)動(dòng)作，延長(zhǎng)了故障切除時(shí)間。