故障分析方法 技术 | 海上风电场海缆故障率分析方法及预防措施

   日期:2019-06-18     来源:欧洲海上风电    浏览:50    评论:0    
核心提示:技术 | 海上风电场海缆故障率分析方法及预防措施,众所周知,集电线路海缆和送出海缆是海上风电场的重要组成部分,不但承担着将电量汇集并输送至岸上的职责,更是海上升压站、海上风机自用电的第一道保障,其可靠性对整个海上风电场安全运行的重要性不言而喻。(来源
故障分析方法 技术 | 海上风电场海缆故障率分析方法及预防措施:技术 | 海上风电场海缆故障率分析方法及预防措施,众所周知,集电线路海缆和送出海缆是海上风电场的重要组成部分,不但承担着将电量汇集并输送至岸上的职责,更是海上升压站、海上风机自用电的第一道保障,其可靠性对整个海上风电场安全运行的重要性不言而喻。(来源 | 故障分析方法 设备故障分析方法 故障分析法 电路的故障分析方法 故障统计分析的方法 汽车故障分析法 故障电路分析方法初中 故障原因分析 故障统计分析报告

:众所周知,集电线路海缆和送出海缆是海上风电场的重要组成部分,不但承担着将电量汇集并输送至岸上的职责,更是海上升压站、海上风机自用电的第一道保障,其可靠性对整个海上风电场安全运行的重要性不言而喻。

(来源:微信公众号“欧洲海上风电”ID:EU_offshore)

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海缆故障风险是整个海上风电场风险评估中不可回避的问题。虽然,以往的运行经验得到的结论是海缆几乎没有自发的电气故障,但海缆附件故障(例如终端安装不当、接头未处理好等)或外力因素(锚害、暴力施工等)造成的损伤则是不可忽略的潜在威胁。

在【秒懂系列】海上风电集电线拓扑大全中,我们曾给大家介绍了一种“环网结构”的集电线路,这种在欧洲不少海上风场中应用的集电线路型式,就是考虑了足够的冗余度,以防止海缆故障造成较大的发电量损失。当然,这种集电线路也大大增加了投资成本。

那么,如何权衡海缆故障损失与投资成本呢?换言之——

如何来评估海上风电集电线路故障的影响?

如何在发电量计算过程中使用可信度高的海缆可利用率呢?

来看一下欧洲同行们是如何做的吧。

海缆故障导致的发电量损失估算

目前,欧洲海上风电集电线路系统电压等级普遍采用66kV,考虑高压海缆(≥60kV)故障原因分为内部原因和外部原因,对故障导致的发电量损失可按下述方法进行估算:

1)内部原因导致故障(Internal Origin Failures)

“CigreTB379 - 2009: Update of Service Experience of HV Underground and SubmarineCable Systems”(国际大电网会议文件)统计数据基础上进行估算。

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由于CigreTB379中未能统计到交联聚乙烯海上交流电缆的故障次数,故选用陆上交流电缆内部原因导致故障的统计数据,即回路故障次数0.03次/(年·100回路km),终端故障次数0.007次/(年·100个),中间接头故障次数0.005次/(年·100个)。

因此,单位回路km的海缆故障次数可由下式计算(无中间接头)

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2)外部原因导致故障(External Origin Failures)

外部原因主要包括坠落物、紧急落锚或拖拽、渔业活动三种外部原因,其中:

① 坠落物:当在船只和风机或升压站之间进行吊运物品过程中,考虑物品意外掉落坠海并损伤海缆。由于缺乏仅针对海上风电的事故统计数据,故采用“OTO 95 959–An examination of the number and frequency of seriousped object and swinging load incidents involving cranes and lifting deviceson offshore installations for the period 1981-1992”欧洲海上油气工业的相关统计进行计算。

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根据统计1981至1992年间,所有海上吊运物品的作业有1777次,其中发生与物品坠海相关严重事故次数为56次,由此计算其事故率为3.15%。

② 紧急落锚和落锚拖拽:考虑航行在风场区域内的船只在紧急情况下落锚或拖拽锚的发生概率(一般小于10-6),对于限制航行的风场区域内几乎忽略不计。

③ 渔业活动:考虑拖网捕鱼对浅敷海缆的损害,可通过预测渔具潜入海床的深度(0.1-0.3米),从而加深海缆敷设深度来避免影响;其他捕鱼方式对保护或埋设好的电缆影响较小,可不考虑。

3) 集电线路海缆故障损失分析

当集电线路海缆故障发生后,海缆维修所带来的发电量损失将以可利用率系数的形式体现在风场实际发电量计算中。故对此系数进行的计算如下:

故障维修时长估算:

需考虑海缆故障发生后,从诊断、故障定位、维修到最后复位的全过程时间估算。下表以欧洲某海上风电场的预测为例,理想状况下需要66天。

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发电量损失估算:

考虑故障发生原因及位置的所有可能场景,计算发生导致1台至n台风机无法发电的电量损失及其概率。

4)算例(敲黑板)

假设某海上风电场总装机容量300MW,年均等效利用小时数3300h,配置50台6MW风机,集电线路采用35kV普通链式结构,每4-5台风机组成一组风机组串,共12组,海缆总长度为75km。

内部原因导致故障次数(不考虑设电缆中间接头)

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外部原因导致故障率次数:

假设对海上升压平台的吊运物品作业次数为6次/年,吊运路径经过集电线路海缆上方的概率为1/10。则可计算得到海上升压平台的吊运物品坠海事故发生并导致海缆的次数为

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对风机相关的设备运输作业,考虑采用专用登陆设备(walk to work system),则可不考虑因吊运而发生的事故。

故障维修时长估算:

为保守考虑,取90天维修时间。

发电量损失估算:

故障导致1台风机停机90天所损失的发电量为4882.2MWh,每段海缆内部按等概率考虑,不考虑同时2段以上海缆发生故障。

综合以上海缆事故发生率和每次发生事故造成的发电损失,因海缆故障导致的发电量损失可估算为936.66MWh/年,占风场总发电量的0.095%。


 
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