風力發電機組電纜損傷淺析

俞磊， 余業祥， 任華彬

（東方電氣風電有限公司， 四川德陽， 618000）

0 前言

電纜是風力發電機組的重要組成部件。 風力發電機組電纜主要分為動力電纜、 控制電纜和接地電纜， 動力電纜主要是將發電機產生的電能傳輸至變流器， 通過箱變送至電網； 控制電纜主要風力發電機組自身驅動用電、 控制系統信號和通訊傳輸的電纜， 是整個風力發電機組神經網絡；接地電纜主要用在風力發電機組防雷接地網絡中，是機組安全防護措施。 電纜作為風力發電機組電能傳輸、 控制系統信號和通訊傳輸的主要介質，被稱為風力發電機組的血管， 然而風力發電機組電纜會在各個階段產生不同的損傷， 故對電纜在各個階段損傷情況和原先進行分析非常重要。 目前國內風力發電機組主流機型包含雙饋和直驅風力發電機組。 經統計， 車間裝配電纜時會出現1%~3%損傷， 但出廠調試和質檢環節基本全部關閉，會根據不同整機廠商裝配和質檢水平產生差異。機組吊裝過程中因電纜損傷引起的故障占15%左右， 運行維護中因電纜損傷引起的故障占5%左右， 此外因動力電纜起火引起燒機事故時有發生，故有針對電纜損傷進行分析具有重要意義。

1 電纜損傷的類型

目前風力發電機組電纜多采用橡膠、 PVC、PUR、 硅橡膠等外護套的銅線纜， 導體結構一般為5 類導體軟線。 經分析統計， 可將電纜損傷類型按照可視情況分為非可視處損傷和可視處損傷2種情況。

1.1 非可視處損傷

非可視處損傷一般發生在風力發電機組部件腔體內部， 因該部件機械結構主表面封閉而無法直觀看到電纜或電纜內部導體， 例如發電機內部、通訊滑環內部、 主軸中心管內部、 電纜內部等。

通過對機組多年運行經驗分析， 非可視處電纜損傷主要有以下幾點：

（1）發電機轉子引出線被韌口割傷；

主要發生在某廠家提供的雙饋風力發電機中，由于發電機轉子引出線彎曲部位與發電機腔體內的韌口接觸， 而轉子引出線又未灌膠封固， 轉子引出線隨著電機旋轉， 導致轉子引出線與韌口相對位移， 從而割傷電纜外護套， 導致轉子引出線短路， 該問題只能返廠處理， 故發電機下架， 更換發電機。

（2）通訊滑環400 V 電源電纜韌口割傷；

通訊滑環電源線纜穿進通訊滑環底座時， 由于空間較小， 線纜較粗， 電纜很難彎曲， 導致電纜與滑環底座邊緣韌口出接觸， 隨著機組振動，該處電纜外護套被磨穿， 發生短路。 更換滑環底座至機艙配電的400 V 電纜。

（3）齒輪箱中心管、 主軸中心管內部電源和信號電纜磨損、 割傷；

此類情況主要是中心管鉆進金屬異物， 在機組運行時割傷電纜。

（4）氣象架管道內信號電纜割傷；

（5）控制電纜內部斷芯。

實踐統計， 非可視處電纜損傷主要因為外護套割傷或者磨損引起絕緣下降， 形成地短路， 從而引起故障； 部分電纜因為內部斷芯， 形成斷路的情況。

1.2 可視處損傷

可視處損傷一般發生在風力發電機組部件的外部或者表面， 例如鋪設的動力電纜、 外接設備供電、 控制電纜等。

通過機組多年運行經驗分析， 可視處電纜損傷主要有以下幾點：

（1）鋼扎帶韌口割傷動力電纜；

（2）側拉網套脫絲或束口勒傷電纜；

（3）馬鞍弧形處韌口割傷動力電纜；

（4）U 型處動力電纜晃動撞擊爬梯尖口損傷；

（5）電纜與機械接觸部位晃動、位移磨損電纜；

（6）控制電纜被踩踏、 扭轉電纜內部斷芯；

（7）電纜因短路過熱或起火或被引燃。

實踐統計， 可視處電纜損傷主要因為晃動引起外護套割傷或者磨損引起絕緣下降， 對地短路，從而引起故障； 部分電纜是因為受外力或者大于彎曲半徑內部斷芯； 少部分因為短路或被引燃而造成風力發電機組更大的災害。

2 電纜損傷的原因分析

電纜損傷的原因主要有4 種類型：

（1）電纜外護套接觸堅硬 （金屬） 部件表面韌口時產生相對位移， 造成外護套割傷， 引起絕緣下降；

（2）電纜外護套接觸毛疵時產生相對位移， 造成外護套磨損、 變薄， 引起絕緣下降；

（3）電纜內部導體因為外力踩踏或超出彎曲半徑， 出現斷路；

（4）電氣短路過熱或被引燃產生的損傷。

3 避免電纜損傷方法

避免電纜損傷的方法有多種， 目前風力發電機組常用的方法從以下幾個階段考慮。

3.1 風力發電機組設計階段

（1）電纜接觸面無毛疵， 電纜彎曲部分應進行倒角， 去掉毛疵、 韌口對電纜的損傷；

（2）選用合適的塑料材質扎帶防止割傷電纜；

（3）側拉網套束口增加防護膠皮；

（4）發電機轉子引出線腔體內電纜彎曲處除倒角外， 并在腔體內封膠固定。

3.2 施工安裝階段

施工安裝階段主要體現在風機吊裝完后電氣線纜鋪設和安裝， 該部分是動力電纜出現損傷的高發階段， 同時也是避免因設計上的不足而產生電纜磨損、 割傷有效預防階段， 在該階段對電纜應根據設計不同采取最佳、 最有效的防護措施。

電纜固定前發現尖銳端口、 韌口、 毛疵等并采取打磨、 使用尼龍線夾、 塑料扎帶、 墊防護膠皮、 合理布局等措施緊固電纜， 有效避開運行工況對電纜產生的傷害， 使電纜不產生相對位移和避免韌口、 毛疵帶來的損傷； 用膠皮防護電纜與堅硬部位碰撞接觸點； 若有側拉網套， 安裝側拉網套時使電纜豎直， 均勻受力， 防止局部受力勒傷電纜等。

3.3 運行維護階段

運行維護階段是保證機組設計壽命、 體現風力發電機組發電價值的階段。 在該階段中， 對風力發電機組正常檢修維護， 以及隱患的排查相當重要。 在日常運行維護中， 主要從以下幾個方面開展對電纜的隱患排查工作：

（1）動力電纜的端頭是否松動， 產生重大事故的主要原因；

（2）動力電纜外護套是否變色、 掉粉；

（3）變流器上方橋架的動力電纜彎曲處是否出現破皮情況；

（4）馬鞍處上下邊沿是否割傷電纜；

（5）U 型處靠近爬梯側是否出現碰撞情況；

（6）U 型處扭轉電纜是否出現相互磨損；

（7）U 型處動力電纜是否夾住控制電纜；

（8）側拉網套 （若有） 束口是否勒傷電纜， 側拉網套是否豎直， 電纜是否局部受力；

（9）電纜線夾是否松動；

（10）氣象架引出線是否被割傷；

（11）機艙內是否存在飛線， 機組運行時電纜產生超過0.5 m 擺幅等。

3.4 日常管理階段

除了風機正常的維護檢修外， 日常風力發電機組管理也相當重要。 日常管理中應避免在風機上吸煙、 明火， 利刃割傷電纜等情況的發生。

3.5 電纜質量管控

風力發電機組能否高效率、 正常運行， 除了正常的技術維護、 日常管理把控外， 電纜產品的質量也同樣重要。 電纜質量可靠， 可以有效避免電纜斷芯、 抽芯， 外護套透析發白、 掉粉、 開裂，因導體截面積未達標而產生的過熱過載情況發生。

4 總結

（1）總結了風力發電機電纜損傷各個類型。

（2）通過對各種損傷類型進行分析， 損傷帶來的危害， 以及從各個階段應該采取的預防措施。

（3）提出各階段對電纜防護的建議和要點。