一起風電場35 kV集電線路跳閘事件分析

摘要：分析了風電場35 kV集電線路跳閘事件，結合35 kV電纜運行情況、電纜終端頭及中間頭的運行情況、電纜頭拆解情況，判定了集電線路跳閘的原因，即電纜及電纜中間接頭長時間運行后，絕緣性能降低。針對此類事故提出了整改措施，即工程施工階段，嚴格落實施工過程質量管理，同時完善設備定期巡檢制度，不斷提高對集電線路的管理水平，保證風電場的穩(wěn)定運行。

關鍵詞：風電場;集電線路;跳閘事件

中圖分類號：TK81 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）18-0016-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.005

0 引言

在風電場的運行中，集電線路起著至關重要的作用，對于風電場來說，集電線路就像人的大動脈，關系著風電場的安穩(wěn)運行。因此，對于集電線路運行狀態(tài)的分析和故障的排查是風電場運行維護的一個重要項目[1-3]。

本文分析了一起風電場35 kV集電線路跳閘事件，結合35 kV電纜運行情況、電纜終端頭及中間頭的運行情況、電纜頭拆解情況，判定了集電線路跳閘原因是電纜及電纜中間接頭長時間運行后，絕緣性能降低。針對此類事故提出了相應的整改措施，即工程施工階段，要嚴格落實施工過程質量管理，同時完善設備定期巡檢制度，不斷提高對集電線路的管理水平，進一步保證風電場的穩(wěn)定運行。

1 事件概況

該風電場于2006年7月正式動工，每臺風力發(fā)電機組經(jīng)箱式變壓器升壓至35 kV，所有機組所發(fā)電能共分至3條集電線路輸送至主變壓器，再由主變壓器升壓至110 kV后連接輸送至南方電網(wǎng)110 kV線路。2009年，風電場集電線路（三）送電完成，集電線路（三）共連接11臺風機，整條線路距離較長且部分路徑需跨海。集電線路（三）由陸上電纜和海底電纜兩部分組成，電纜型號為YJV22-35-3×185（陸上電纜）、YJV42-35-3×185（海底電纜）。2022年6月，集電線路（三）斷路器開關3505跳閘，檢查斷路器開關3505在分閘位置，場站綜合自動化系統(tǒng)報“集電線路（三）保護零序電流Ⅰ段動作”。故障發(fā)生前后雷雨天氣頻繁，天氣情況較惡劣。

2 故障報警情況

2.1 綜合自動化系統(tǒng)報警情況

檢查集電線路（三）綜合自動化系統(tǒng)報“零序過流一段動作”，保護測控裝置顯示零序電流Ⅰ段動作電流Ia：0.04 A;Ib：0.26 A;Ic：0.03 A;Io：1.2 A。零序電流Ⅰ段動作值0.75 A（零序電流二次變比為1：100，動作值為75 A，保護動作時電流達120 A），實際電流遠超設定的動作值。綜合自動化系統(tǒng)報警情況如圖1所示。

2.2 故障錄波啟動情況

檢查風電場故障錄波記錄，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時主變低壓側B相電壓降低，故障發(fā)生瞬間降低至80 V左右，A、C相電壓較大，故障發(fā)生瞬間A、C兩相相電壓升高至約150 V，B相電流升高至0.18 A，A、C兩相電流降低至0.1 A左右，故障發(fā)生瞬間零序電壓驟升至140 V左右，B相電壓降低而電流升高，零序電流為0，零序電壓偏大。故障錄波記錄如圖2所示。

3 現(xiàn)場檢查情況

事件發(fā)生后，現(xiàn)場檢查情況如下：

故障發(fā)生后立即組織相關單位人員對集電線路（三）整段線路進行逐一排查。對集電線路（三）#23風機至變電站段絕緣值進行檢測，發(fā)現(xiàn)B相絕緣值較低，如表1所示。

判斷故障為#23風機至變電站段電纜B相接地。經(jīng)排查，線路跳閘是由#23風機箱變端終端頭故障導致，且現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)終端頭有發(fā)熱現(xiàn)象。#23風機箱變端終端頭故障情況如圖3所示。

更換#23風機電纜終端頭后，檢測集電線路（三）三相絕緣均正常，絕緣值如表2所示。

更換#23風機電纜終端頭后，線路試送電發(fā)現(xiàn)集電線路（三）仍然跳閘，分段檢測集電線路（三）絕緣情況如表3所示。

運維人員對變電站至#23風機箱變線路進行耐壓試驗并施加脈沖信號尋找故障點，確認故障點在距離變電站約1 600 m位置，初步判斷位于電纜工井7（#13風機附近），故障點處電纜中間接頭存在擊穿現(xiàn)象。工井7電纜中間接頭擊穿現(xiàn)象如圖4所示。

工井7內部電纜中間接頭在2021年發(fā)生過電纜頭擊穿故障，故障維修采取了熱熔的電纜中間頭技術，故障維修完畢距離本次故障發(fā)生僅一年時間。

中間頭制作完畢后進行絕緣測試，絕緣測試值為：A相9.2 GΩ;B相30.1 GΩ;C相19.1 GΩ，絕緣全部合格。同時開展耐壓試驗，耐壓試驗結果如下：A相順利通過耐壓試驗，但B、C兩相未能通過。運維人員再次對變電站至#23風機箱變線路進行耐壓試驗，并施加脈沖信號尋找故障點，確定故障點位置在離#23風機箱變約1 930 m位置，位于電纜工井4（#17風機附近），開挖電纜井發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭已擊穿，中間接頭位置存在放電灼燒現(xiàn)象。檢查電纜發(fā)現(xiàn)，主絕緣層氧化變黃，存在氧化現(xiàn)象，主絕緣層內部存在較細的氣泡。工井4電纜圖片如圖5、圖6所示。

4 故障原因分析

4.1 故障報警情況分析

保護測控裝置顯示零序電流Ⅰ段動作。零序電流達到120 A，從故障波形圖中可以看出，該條集電線路A、C兩相相電壓升高，B相電壓接近為零而電流偏大，零序電流及電壓均偏大，可以判斷集電線路（三）B相存在接地故障。

4.2 現(xiàn)場檢查情況分析

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，可以看出#23風機電纜終端頭發(fā)熱出現(xiàn)故障，工井4、工井7內電纜中間頭出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

對于工井4內的電纜接頭，由于該段電纜為2009年投入運行，電纜及電纜中間接頭長時間運行后，絕緣性能降低。結合天氣情況進行分析，故障發(fā)生前后雷雨天氣頻繁，電纜運行環(huán)境潮濕，進一步降低了電纜絕緣，導致電纜中間接頭絕緣擊穿，引發(fā)故障跳閘。

對于工井7內的電纜接頭，2021年工井7內電纜接頭采用了熱熔的連接方式，該風電場其他電纜接頭均采用銅管壓接的冷縮頭工藝，下面對比熱熔接頭和壓接工藝的區(qū)別。

銅管壓接的冷縮頭工藝將兩段電纜的導電體通過銅管壓接連接在一起，導電體外側絕緣層采用絕緣冷縮管進行連接[4]。銅管壓接的冷縮頭有以下幾個特點：1）材料電氣性能優(yōu)良;2）電氣性能穩(wěn)定;3）結構型式合理;4）安裝操作方便;5）密封性能可靠;6）材料成本較低。

熱熔接頭工藝是將電纜線芯加入對應電纜線芯截面銅粉，用引線點燃使其產(chǎn)生化學反應，將兩端電纜線芯熔為一體，冷卻后打磨處理至與原電纜線芯等徑以實現(xiàn)導體材料連接[5]。再將電纜內半導電層、主絕緣層及外半導電層三層熔合，通過儀器設備工裝模具加熱交聯(lián)將新內半導電層、新絕緣層、新外半導電層與電纜本體內半導電層、絕緣層、外半導電層三層交聯(lián)熔合成為一體。

經(jīng)對工井7內發(fā)生故障的電纜頭排查后發(fā)現(xiàn)，2021年經(jīng)熱熔工藝維修的電纜中間接頭中新舊絕緣材料熔接效果差，絕緣配合不好，導致運行僅一年便發(fā)生故障現(xiàn)象。由于該風電場電纜運行時間較長，所以本次故障搶修便采用銅管壓接的冷縮頭工藝，改善新舊絕緣材料的絕緣配合。

5 防范措施

1）嚴格把控施工工藝。在制作電纜中間接頭時，要嚴格把控施工工藝，做好電纜中間接頭防水工作，回填沙土前要把控好中間接頭下方的支撐工藝，減輕中間接頭垂直受力，并把控好電纜井的排水工藝。

2）嚴格執(zhí)行箱變巡檢制度。應監(jiān)視風機箱變及電纜終端頭溫度情況，做好測試記錄，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時處理，防止事故發(fā)生。

3）嚴格關注電纜參數(shù)。在電纜絕緣測試過程中，除電纜絕緣值外，還應關注吸收比的測量記錄和變化趨勢比對，方便更精確地對電纜情況進行判斷。

[參考文獻]

[1] 吳宗晃，潘巖.風電場地埋電纜集電線路故障原因分析及防范措施[J].福建水力發(fā)電，2021（2）：65-67.

[2] 劉冠騫，曾偉峰.淺談一起10 kV電力電纜中間頭故障的原因分析[J].科技資訊，2017，15（29）：20-21.

[3] 丁滿華.一起10 kV電纜中間頭故障分析及防范措施[J].科技視界，2015（26）：284.

[4] 李旭，郗曉光，朱明正，等.兩起不同工藝35 kV電纜中間接頭振蕩波局部放電缺陷對比分析[J].高壓電器，2018，54（11）：260-264.

[5] 楊堯.10 kV電纜熔接頭技術的應用[J].電子技術與軟件工程，2020（21）：227-228.

收稿日期：2024-05-08

作者簡介：林得巍（1990—），男，黑龍江富錦人，碩士研究生，電氣專責，研究方向：電氣一次設備故障分析。