風電場集電線路故障原因及預控措施

蘇宏濤

摘 要 我國經濟已經進入新常態，在“經濟發展新常態”背景下，國家正在加大經濟發展方式轉變和結構調整力度，新能源作為調整能源結構，改善生態環境的重要支撐，已經成為國家能源發展戰略的重點。2014年11月，國務院辦公廳印發《能源發展戰略行動計劃（2014—2020年）》，提出要大幅增加風電、太陽能等可再生能源消費比重，到2020年，風電裝機達到2億千瓦，光伏裝機達到1億千瓦。《行動計劃》還明確提出要提高可再生能源利用水平，計劃在“十三五”期間，重點規劃建設山東等9個大型現代風電基地以及配套送出工程。由此可見，國家新能源行業發展仍具有廣闊的前景，山東地區行業發展也具有一定的相對優勢。

關鍵詞 風電場；集電線路；故障；預控

中圖分類號 TM6 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0067-02

風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到我國政府的重視。當前我國風電場大多建于曠野山脈或是沿海灘涂，惡劣的自然環境為集電線路的安全運行帶來巨大的威脅，由集電線路故障引發的設備障礙約占風電場的90%以上。

1 風電場集電線路故障原因分析

目前山東地區風電場集電線路主要是以35kV電壓等級的架空線路為主，設計運行方式為中性點不接地系統。常見的集電線路故障有以下原因。

1.1 施工質量造成連接部位松動甚至導線脫落

這一般是因為導線絕緣子金具的組裝方式與設計要求不符，安裝施工質量不合格，造成導線固定不牢固或是連接金具發生脫落搭接橫擔、金具、接地裝置等部位造成接地。

1.2 電纜接頭工藝選擇失誤

早期建設的風電場集電線路與下端連接的直埋電纜接頭處大多采用“熱縮工藝”，這部分連接電纜都是暴露在戶外，監于環境因素（大氣），以及在電纜運行的過程中熱脹冷縮帶來的絕緣之間的間隙，該空隙的存在使接頭失去了防水、防潮氣的密封性能，極易造成電纜接頭發生絕緣擊穿。

1.3 絕緣子污閃

絕緣子污閃必要條件是出現潮濕的氣候環境，絕緣子上的污穢在毛毛雨、大霧、小雨夾雪等濕潤的條件下易形成導電通道，致使泄漏電流增大直至發生閃絡。山東區域發生閃污事故的時段一般集中在秋天后期，或者寒冷的冬季，發生概率高達90%以上。這兩個時間段造成這種事故的主要和天氣因素有關。尤其是東部沿海地區鹽霧較大，絕緣子發生污閃的幾率明顯高于其他

地區。

1.4 線路遭受雷擊

山東區域遭受雷擊的月份集中在7、8月，尤其濟南平均每年的雷擊天數25天左右，屬于雷災多發地區。2011年8月7日15時30分，一陣強烈雷電之后，山東省某風電場35kV埠山線50號桿B相懸式絕緣子遭遇雷擊后鐵帽炸裂引起線路接地故障。從保護裝置記錄看出電流波高值遠大于保護定值。

1.5 線路發生舞動

2010年1月19日山東某供電公司，從11時18分至13時24分先后接到35kV固高線、楊朱線、吳雙線三條線路跳閘的調度令，經查發現事故是由于以上線路均發生舞動，導致5根導線的懸垂線夾與絕緣子脫離，進而導線墜落。

線路舞動的發生離不開3個條件，即：覆冰、風激勵以及線路的結構參數。本次事故中三條線路均為東西走向，與當時風向夾角約為60°～90°之間，線路途經空曠地帶，舞動明顯，而途經樹林、村落處無明顯舞動現象。導線型號分別為：LGJ-95/15、LGJ-120/20、LGJ-95/20，導線直徑分別為：13.61mm、15.07mm、13.87mm。迎風面覆冰厚度為15mm左右，背風面覆冰只有2mm，舞動的方向不穩定，以上下舞動最為明顯，振幅在0.6m～1m之間。

經查閱資料，輸電導線舞動是一種約為0.1～3Hz的低頻、大振幅（約為輸電線直徑尺寸的5—300倍）的自激振動。舞動發生時，極易引起線路的相間閃絡、金具損壞，造成線路跳閘停電或引起輸電線燒傷、拉倒桿塔、輸電線折斷等嚴重事故。

1.6 鳥巢搭接導線

2014年3月25日16時47分，山東某風電場保護告警，35kV6號集電線路開關跳閘，故障錄波器顯示B相接地，1、2號主變高低壓側開關未動作，35kV1號、2號、3號、4號、5號集電線路開關、1、2號無功補償開關及1號站用變開關未動作。19時20分線路檢查完畢，由于濃霧加小雨天氣未找到故障點；3月26日11時30分再次檢查完6號集電線路所屬風機和箱變，發現61號風機箱變側35kV線桿塔B相轉角平臺處搭設喜鵲窩造成B相有放電痕跡，清除鳥窩，測試線路絕緣正常。其他風機和箱變沒有問題，3月26日12：22合上6號集電線路326斷路器，風機恢復運行。分析原因為桿塔B相平臺處搭設喜鵲窩，當日下雨，造成B相放電跳閘。圖2為事故處理時拍攝照片。

1.7 外力破壞等其他因素

2 風電場集電線路故障預控措施

1）要高度重視集電線路故障在風電場安全生產中的影響，嚴格執行工程驗收制度，對存在風險的部件重點進行排查。投產后要加強對集電線路的定期檢查、

巡視。

2）為減少集電線路與下端連接的直埋電纜故障，應采用“冷縮技術”。使用該技術就需要用到全冷縮電纜附件，它是在將液態硅橡膠在工廠進行擴張處理，然后放入支撐條，或者塑料。冷縮技術避免了“電纜呼吸”所造成的危害，故全冷縮的附件在氣候環境影響比較大，溫差大的地區較為常用。

3）對于已建成的集電線路，防止發生線路舞動的唯一行之有效的辦法就是采用相間加裝間隔棒的手段抑制導線舞動幅值程度，相間間隔棒安裝在導線波節處對于抑制舞動幅值的效果最佳。該方法已經成功應用于山東、河南、新疆等省（自治區）近百條輸電線路，經實踐證明治理舞動效果明顯，取得顯著的經濟效益和巨大的社會效益。endprint

4）針對防止發生污閃應開展兩方面工作。一方面要開展鹽密測試，線路桿塔進行鹽密絕緣子復試，匯總數據作為線路運行維護的參考。另一方面建議采用鋼化玻璃絕緣子。該種材料具有十分好的機電性能，它在抗拉度、抗震動疲勞、耐冷熱沖擊性能、抗電擊穿性能，以及抗電弧燒傷等方面都比瓷絕緣子要好。除此之外，該絕緣子還有零值自爆的自我淘汰性能，不需要對它進行相關測試，一般使用壽命范圍之內的前三年自爆率相對較高，隨后按照材料的消耗程度逐年下降，這是瓷緣子無法比擬的。

玻璃高壓絕緣子表面撥水鍍膜是近年衍生出來的新技術，它可以把絕緣子無極表面由親水轉變為憎水低能表面。進而有效阻止無極性分子團造成的水膜，形成無數個水滴之間的干燥區，使得污穢層不易受潮。并且，在絕緣子還沒有飽和，或者受潮之前，伴隨著水滴的聚集與增多，水滴的體積一旦達到一定的程度就會在重力的吸引下從表面滑落，帶走鹽分，降低污穢表面的鹽度。圖3為鍍膜處理前后的水膜比較。

圖3

5）集電線路防雷擊除在線路上面合理架設避雷線外，工程階段就應對各焊接頭的質量、降阻劑的使用、回填土等每個環節嚴格把關，對整個施工過程實行全過程的質量監督。投產后應定期測量接地電阻是否合格，必要時挖開接地體檢查接頭連接情況，確保與塔體、防雷保護裝置接觸良好，及時補加丟失的接地體和接地引下線，建立良好的雷電流通道。

3 結論

在我國風力發電技術不斷進步的背景下，集電線路面臨的故障也越來越多。在人們的清潔供電需求日益高漲的背景下加強對風電場集電線路故障的研究具有重要意義。文中提到的各項措施能夠有效保證風電場集電線路的安全穩定運行，在今后風能發電過程中電力人員可以借鑒不斷提升故障處理水平。

參考文獻

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