淺析風電場集電線路常見故障及預防措施

尹維召，鄧宏綱，李世棟

（中節能風力發電（河南）有限公司，河南 鄭州 450001）

1 前言

隨著全球資源、能源和環境問題的日益突出，以風力發電為代表的可再生清潔能源越來越受到世界各國的高度重視，風力發電的市場規模也在不斷增加，截止2020年底，全國風電累計裝機規模已接近3億千瓦。并且隨著“2030碳達峰、2060碳中和”戰略的提出，未來數十年內風電行業還將得到大力發展。

但隨著國家財政在2020年和2021年分別對陸地風電和海上風電退出補貼，風力發電企業的盈利能力急劇下降，各風電企業都在積極采取各種手段進行“降本增效”。

集電線路是風電場的重要組成部分，其一旦發生故障，就會造成整條線路甚至全場脫網，帶來的損失較大。集電線路故障引起的停機時間占風電場設備總故障時間的一半左右。尤其是在內陸地區的風電場，由于風電機位分散、集電線路長、人口稠密、生產經營活動多、樹木多、雷雨天氣多，使得集電線路的故障居高不下。集電線路主要包括引流線、桿塔和主干線纜3部分，本文分別從這3部分對集電線路常見故障進行分析，并提出預防措施，以期提高輸電線路運行的穩定性，降低風電場的運營成本。

2 引流線主要故障及預防措施

引流線就是將風機發出的電，順著桿塔接到主干線上。引流線雖然短，但卻容易出現故障，其故障主要有：電纜頭擊穿、引流線斷線和跌落保險故障等。

2.1 電纜頭擊穿

電纜頭擊穿的原因主要有：電纜頭型號不合適，電纜頭質量不合格和施工工藝不正確等。預防電纜頭擊穿的措施有：在室外環境惡劣的地方，要采用冷縮型電纜接頭，增加接頭的防水和防潮性能，要選用質量較好的電纜頭品牌和供應商，同時在電纜頭制作時要嚴格按照GB12706.3的標準和產品說明書的要求執行，保證施工質量。同時可以在接頭處安裝基于紅外傳感原理的電纜頭溫度在線監測裝置，通過溫度監測判定接頭的健康狀況，預防故障的發生。

2.2 引流線斷線

引流線斷線的主要原因有：固定支撐少、引流線型號不合適和接線端子壓接時損傷了電纜而后期又未做保護措施等。預防引流線斷線的措施有：根據風場所在地區風力的大小，適當增加絕緣支撐的密度，引流線盡量選用帶鋼芯的導線，增加線纜自身的抗風性，接線端子可以選用如圖1所示尾部加長型的，以免壓接時損傷的線芯因頻繁彎折而斷裂。同時在截取引流線時要有一定的預留量，以防接頭擊穿或斷線后復接時長度不夠而造成整條線纜報廢。

圖1 尾部帶保護的接線端子

2.3 跌落保險故障

跌落保險故障通常是因為跌落保險觸頭接觸的位子尺寸不匹配，大風天氣時來回振動造成脫落甚至燒毀。預防跌落保險故障的措施是選用型號匹配的產品，按施工工藝要求進行安裝。

3 桿塔主要故障及預防措施

常見的線路桿塔主要有木桿、水泥桿、金屬桿和鐵塔等，目前以鐵塔應用最多。桿塔常見的故障主要有雷擊、鳥害和倒塌等。

3.1 雷擊引起的故障

雷擊通常有兩種形式：一是雷直接擊中桿塔或避雷線，強大的電流使桿塔和避雷線的電壓瞬間上升，桿塔與導線的電壓差超過絕緣子的閃絡電壓，絕緣子產生閃絡，造成線路及附件的損壞；二是雷擊桿塔附近的大地，由于空間電磁場的急劇變化，導致桿塔及相關設備出現較高的感應電壓，而導致線路及附件的損壞。預防雷擊故障的措施有：在雷電較多的風電場，架空線路要全線安裝避雷線，桿塔接地電阻滿足設計要求且要盡量小，在雷擊較多的桿塔尤其是終端塔處要加裝避雷裝置。

3.2 鳥害引起的故障

隨著國家生態保護做的越來越好，鳥類的種群數量急劇增加，因鳥類活動而引起的輸電線路故障也越來越多，鳥害主要是鳥類喜歡在線路桿塔上筑巢而引起的導線搭接或絕緣子閃絡。預防鳥害的主要措施是對其進行驅離，使其遠離桿塔活動。目前驅離鳥類的裝置主要有：視覺類、聽覺類、嗅覺類、超聲波和物理隔絕類等，其中視覺、聽覺和嗅覺類隨著使用時間的延長，容易被鳥類適應，此類驅鳥裝置具有時效性，目前超聲波驅鳥裝置（如圖2）能對一定區域面積的鳥類具有驅離作用，不易被鳥類適應，但它有驅離死角。物理類（如鳥刺）只能對某個點有較好的作用，驅離范圍小。所以在鳥害嚴重的桿塔上可以采用超聲波與物理驅離相結合的方式，作用范圍大、時間長久，重點位置效果好。

圖2 超聲波驅鳥裝置

3.3 倒塔

倒塔事故的發生主要由地質原因或水土流失而引起的基礎沉降，以及設計、材料或施工而引起的質量問題。預防方式有：在設計階段要充分考慮塔基所在的地質狀況，盡量避免在易沉降地區設置塔位，考慮氣候及降雨情況，做好基礎的防水土流失措施，在轉角塔等重要塔位增加斜拉線和支撐，做好進場材料的抽檢和施工過程的管理，嚴把質量關。另外還可以在重點塔位安裝沉降觀測裝置，及時發現早期的沉降并進行補救，預防倒塔事故的發生。

4 主干線纜主要故障及預防措施

目前集電線路的主干線主要有架空導線、地埋電纜以及二者結合的方式。架空導線成本低，故障查找方便，但在一些無法穿越的地區就必須采用地埋絕緣電纜。

4.1 地埋電纜

地埋電纜的主要故障就是絕緣擊穿，而造成該故障的主要原因是由施工不規范引起的。例如轉運過程中的磕碰，彎曲半徑小于要求的最小彎曲半徑，牽引力過大，野蠻拖拽導致護套和絕緣損傷，接頭未做好防水措施導致電纜進水等。預防措施是做好到場電纜的試驗與檢測，嚴格按照GB50168的標準規范施工，電纜存儲時要做好防護，地埋電纜要有方位標識，接頭處應有定位。

4.2 架空導線

架空導線的主要故障是后期因為樹木生長，新增加構筑物而導致的安全距離不夠，以及由于導線舞動或者金具質量而引起的導線墜落。架空導線故障的預防措施主要有盡量避免穿越有高大樹木的區域，必須穿越時采取增加桿塔高度或采用絕緣電纜的方式進行，以減輕后期可能出現的安全距離不夠的問題?？諘绲貐^線路走向盡量與主方向成45°以下的夾角，減少導線舞動現象的發生。嚴把進場金具的質量和施工質量。

5 結語

隨著風電不斷向內地、西南山區和沿海地區發展，引起集電線路故障的因素越來越多。本文從線路的3個主要組成部分出發，分別對其故障類型和故障原因進行了分析，并且從設計、材料、施工和監測等方面提出了諸多預防措施，以期通過事前預防，提升集電線路運行的穩定性，減少故障的發生，提升風電場的效益。