風電場35kV電力電纜絕緣降低及改進效果分析

李文才

摘 要：近年來，參數多樣化，數量眾多的新能源電廠高速發展，不斷接入地區電網。伴隨著風電場設備投入運行的年限增長，各類電氣設備故障次數也明顯增多。據電網公司的統計就2018年一季度新能源電站累計發生故障就高達102次之多，同比增加了27次，故障的發生將直接造成發電量的損失。本文介紹了風電場35kV電力電纜絕緣降低的幾個因素，提出了改進措施，進而降低了風電場電力電纜的故障率，提高設備的運行可靠性，對于相關專業人員在處理類似故障時有一定的借鑒作用。

關鍵詞：高原風電場；電力電纜；硬連接母線橋；經濟效益

公司所屬風電場域海拔位于3100～3650米之間，常年低溫嚴寒、濕度大、晝夜溫差大、常年凍土等氣候惡劣環境，特別每年冬季春初極端惡劣天數較多，最大相對濕度高達99%，因特殊地理環境導致35kV系統均采用地埋式電力電纜，據風電場統計2012年至2017年期間，風電場多次發生電力電纜絕緣減低，導致電纜擊穿單相短路故障8次，為了提高其設備可靠性，降低成本，從2017年8月開始，風電場場用變壓器、無功補償裝置35kV連接電力電纜均改為硬母排連接，經過連續近一年的運行觀察，設備運行穩定。

1 事件簡介

2017年1月26日12時55分，風電場35kV 2號場變過流I段動作，35kV 2號場變開關跳閘，同時聯跳220kV 2號主變低壓側開關，35kV Ⅱ段母失壓，導致豐樂風電場全部風機解列，機組停機。

故障發生后風電場運維人員迅速開展詳細檢查，在2號場用變壓器本體周邊檢查時發現高壓側電纜接頭處絕緣擊穿，本體周圍有燒黑痕跡，其他設備完好。

事故原因分析：從故障現場及故障波形分析，故障直接原因為：35kV 2號場用變壓器電纜頭絕緣降低，此電纜在施工過程中可能存在制作工藝缺陷，接頭部位電纜內部有水分，運行一段時間后致使主絕緣性能降低。導致B相間絕緣對地擊穿，過流電流大于過流I段定值，過流I段正確動作切除負荷。

間接原因：由于電纜安裝、監督、驗收不到位造成設備運行中絕緣降低未能及時發現，對電纜運行監視的細節工作重視不夠，未能有效杜絕隱患發生或極有可能為電纜本身存在缺陷本身質量差所致。

2 常見故障原因分析

通過風電場以往的多次電力電纜故障，可以分析出造成電力電纜絕緣降低而被擊穿的原因有如下幾個方面。

1）高原地區海拔高絕緣要求不夠，絕緣不夠將直接造成擊穿。風電場所在項目所處3650米的海拔高度，因空氣稀薄程度已較為嚴重、氣壓低，應對電力電纜絕緣作出相應修正，若采用普通電力電纜連接與電力冷縮頭，需要加大絕緣能力的提升，以保證電纜絕緣滿足要求。

2）電纜本身質量差所致。電力電纜本身未受損傷則極有可能為電纜本身存在缺陷，為不合格產品，發生擊穿。

3）電纜安裝施工、監督、驗收不到位造成的。電力電纜施工工藝達不到要求，制作電纜頭期間周邊環境較差，濕度較大，導致潮氣進入電纜內部，隨后進行了耐壓試驗并合格，但長期運行將導致絕緣降低。以我風電場為例，風電場極端天氣濕度達到99%，平時也高達80%以上，根本達不到電纜頭制作的環境要求，絕緣膠溶解，開裂，導致出現的諧振的現象。后期運行也就容易發生電纜絕緣降低擊穿故障。

4）電纜平常監督檢查不到位，長期浸泡電纜長期浸泡在水里，損害絕緣強度。電力電纜平時監督檢查不到位，敷設電纜時沒有采取保護措施，保護層遭破壞，而驗收敷衍了事造成絕緣降低如果土壤潮濕或者電纜溝積水，長時間后一定會發生電纜進水。絕緣受潮后，使電纜絕緣表面電阻降低而表面泄漏電流增加，絕緣電阻下降，還會引起導體與絕緣層之間的電場畸變，絕緣內電場分布不均勻，會引發絕緣內部游離放電，甚至引起電纜擊穿。

5）超負荷運行，長期超負荷運行，將使電纜溫度升高，絕緣老化，以致擊穿絕緣，降低施工質量。溫度升高導致絕緣電阻下降。這是由于絕緣溫度升高時，材料內的分子熱運動增強，使導電離子的產生和遷移數量都隨之增大。電纜通電運行后，在電壓的作用下，由導電離子運動所形成的傳導電流增大，絕緣層溫度升高，勢必造成絕緣電阻下降。

6）長期未開展試驗工作，導致電纜腐蝕，保護層長期遭受電纜腐蝕或化學腐蝕，致使保護層失效，絕緣降低。根據《電力設備預防性試驗規程》DL/T 596-2005規定：橡塑絕緣電力電纜線路每年需要開展：電纜主絕緣電阻、電纜外護套絕緣電阻、電纜內襯層絕緣電阻測量工作。

3 防范建議及整改措施

1）為防止其它電纜設備也發生類似情況，維護人員在工作中應加強高壓電纜頭等設備外絕緣巡檢，以減少高壓設備外絕緣損壞事故，對所有裸露在外的電纜進行定期巡檢。

2）對電纜設備檢查等專業性較強的工作，由專業人員進行。同時加強專業人員查找消除缺陷的培訓力度，確保設備出現異常時能及時發現并處理。

3）風電場進一步加強與工程建設部門的溝通合作，在后續電纜的安裝過程中嚴格按照工藝標準制作，加強監督，確保不留施工隱患。

4）在吸取以往的經驗教訓及市場成熟產品的技術優點基礎上，在電力電纜連接關鍵部位進行特殊的處理和技術改造，確保設備在高原低溫地區可靠運行。①采用架空硬母線橋出線方式，可以滿足絕緣要求，架空母線出線方式連接需要組裝的要求高，需要專業人員進行相關連接操作。②采用封閉的架空母箱出線柜，可以有效的將硬連接的母線封閉起來，在高原地區的低溫潮濕和凝露的特殊環境中有效的降低了電力電纜長期暴露在外風吹日曬，電氣絕緣能力下降的風險。

4 改進效果分析

高原風電場電力電纜連接由地埋式改為硬連接母線橋的方式，連接部位、防雨、設備連接可靠性、運行安全、經濟效益等方面均得到明顯提升，故障率、維護成本等得到了有效降低。

5 結語

風電場電力電纜故障容易導致故障擴大，最終集電線路全部風機陪停，嚴重影響整個風電場安全可靠運行及其發電量。電力電纜連接采用硬連接架空母橋，既美觀又安全可靠，能有效避免電力電纜故障的發生，提高了設備可靠性，同時采用了封閉共箱柜的方式，能有效避免電力設備被風吹日曬，絕緣降低的風險，保證了風電場的安全穩定運行。設備可靠性得到了有效提升，經濟效益明顯。

參考文獻：

[1]電力設備預防性試驗規程.行業標準，2005.

[2]電力電纜常見故障原因與防范措施.水利與電力，2016.

[3]風電場35kV電力電纜常見故障淺析.科技論文，2016.