风电场集电线路故障原因及预控措施

苏宏涛

摘 要 我国经济已经进入新常态，在“经济发展新常态”背景下，国家正在加大经济发展方式转变和结构调整力度，新能源作为调整能源结构，改善生态环境的重要支撑，已经成为国家能源发展战略的重点。2014年11月，国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》，提出要大幅增加风电、太阳能等可再生能源消费比重，到2020年，风电装机达到2亿千瓦，光伏装机达到1亿千瓦。《行动计划》还明确提出要提高可再生能源利用水平，计划在“十三五”期间，重点规划建设山东等9个大型现代风电基地以及配套送出工程。由此可见，国家新能源行业发展仍具有广阔的前景，山东地区行业发展也具有一定的相对优势。

关键词 风电场；集电线路；故障；预控

中图分类号 TM6 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0067-02

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到我国政府的重视。当前我国风电场大多建于旷野山脉或是沿海滩涂，恶劣的自然环境为集电线路的安全运行带来巨大的威胁，由集电线路故障引发的设备障碍约占风电场的90%以上。

1 风电场集电线路故障原因分析

目前山东地区风电场集电线路主要是以35kV电压等级的架空线路为主，设计运行方式为中性点不接地系统。常见的集电线路故障有以下原因。

1.1 施工质量造成连接部位松动甚至导线脱落

这一般是因为导线绝缘子金具的组装方式与设计要求不符，安装施工质量不合格，造成导线固定不牢固或是连接金具发生脱落搭接横担、金具、接地装置等部位造成接地。

1.2 电缆接头工艺选择失误

早期建设的风电场集电线路与下端连接的直埋电缆接头处大多采用“热缩工艺”，这部分连接电缆都是暴露在户外，监于环境因素（大气），以及在电缆运行的过程中热胀冷缩带来的绝缘之间的间隙，该空隙的存在使接头失去了防水、防潮气的密封性能，极易造成电缆接头发生绝缘击穿。

1.3 绝缘子污闪

绝缘子污闪必要条件是出现潮湿的气候环境，绝缘子上的污秽在毛毛雨、大雾、小雨夹雪等湿润的条件下易形成导电通道，致使泄漏电流增大直至发生闪络。山东区域发生闪污事故的时段一般集中在秋天后期，或者寒冷的冬季，发生概率高达90%以上。这两个时间段造成这种事故的主要和天气因素有关。尤其是东部沿海地区盐雾较大，绝缘子发生污闪的几率明显高于其他

地区。

1.4 线路遭受雷击

山东区域遭受雷击的月份集中在7、8月，尤其济南平均每年的雷击天数25天左右，属于雷灾多发地区。2011年8月7日15时30分，一阵强烈雷电之后，山东省某风电场35kV埠山线50号杆B相悬式绝缘子遭遇雷击后铁帽炸裂引起线路接地故障。从保护装置记录看出电流波高值远大于保护定值。

1.5 线路发生舞动

2010年1月19日山东某供电公司，从11时18分至13时24分先后接到35kV固高线、杨朱线、吴双线三条线路跳闸的调度令，经查发现事故是由于以上线路均发生舞动，导致5根导线的悬垂线夾与绝缘子脱离，进而导线坠落。

线路舞动的发生离不开3个条件，即：覆冰、风激励以及线路的结构参数。本次事故中三条线路均为东西走向，与当时风向夹角约为60°～90°之间，线路途经空旷地带，舞动明显，而途经树林、村落处无明显舞动现象。导线型号分别为：LGJ-95/15、LGJ-120/20、LGJ-95/20，导线直径分别为：13.61mm、15.07mm、13.87mm。迎风面覆冰厚度为15mm左右，背风面覆冰只有2mm，舞动的方向不稳定，以上下舞动最为明显，振幅在0.6m～1m之间。

经查阅资料，输电导线舞动是一种约为0.1～3Hz的低频、大振幅（约为输电线直径尺寸的5—300倍）的自激振动。舞动发生时，极易引起线路的相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起输电线烧伤、拉倒杆塔、输电线折断等严重事故。

1.6 鸟巢搭接导线

2014年3月25日16时47分，山东某风电场保护告警，35kV6号集电线路开关跳闸，故障录波器显示B相接地，1、2号主变高低压侧开关未动作，35kV1号、2号、3号、4号、5号集电线路开关、1、2号无功补偿开关及1号站用变开关未动作。19时20分线路检查完毕，由于浓雾加小雨天气未找到故障点；3月26日11时30分再次检查完6号集电线路所属风机和箱变，发现61号风机箱变侧35kV线杆塔B相转角平台处搭设喜鹊窝造成B相有放电痕迹，清除鸟窝，测试线路绝缘正常。其他风机和箱变没有问题，3月26日12：22合上6号集电线路326断路器，风机恢复运行。分析原因为杆塔B相平台处搭设喜鹊窝，当日下雨，造成B相放电跳闸。图2为事故处理时拍摄照片。

1.7 外力破坏等其他因素

2 风电场集电线路故障预控措施

1）要高度重视集电线路故障在风电场安全生产中的影响，严格执行工程验收制度，对存在风险的部件重点进行排查。投产后要加强对集电线路的定期检查、

巡视。

2）为减少集电线路与下端连接的直埋电缆故障，应采用“冷缩技术”。使用该技术就需要用到全冷缩电缆附件，它是在将液态硅橡胶在工厂进行扩张处理，然后放入支撑条，或者塑料。冷缩技术避免了“电缆呼吸”所造成的危害，故全冷缩的附件在气候环境影响比较大，温差大的地区较为常用。

3）对于已建成的集电线路，防止发生线路舞动的唯一行之有效的办法就是采用相间加装间隔棒的手段抑制导线舞动幅值程度，相间间隔棒安装在导线波节处对于抑制舞动幅值的效果最佳。该方法已经成功应用于山东、河南、新疆等省（自治区）近百条输电线路，经实践证明治理舞动效果明显，取得显著的经济效益和巨大的社会效益。endprint

4）针对防止发生污闪应开展两方面工作。一方面要开展盐密测试，线路杆塔进行盐密绝缘子复试，汇总数据作为线路运行维护的参考。另一方面建议采用钢化玻璃绝缘子。该种材料具有十分好的机电性能，它在抗拉度、抗震动疲劳、耐冷热冲击性能、抗电击穿性能，以及抗电弧烧伤等方面都比瓷绝缘子要好。除此之外，该绝缘子还有零值自爆的自我淘汰性能，不需要对它进行相关测试，一般使用寿命范围之内的前三年自爆率相对较高，随后按照材料的消耗程度逐年下降，这是瓷缘子无法比拟的。

玻璃高压绝缘子表面拨水镀膜是近年衍生出来的新技术，它可以把绝缘子无极表面由亲水转变为憎水低能表面。进而有效阻止无极性分子团造成的水膜，形成无数个水滴之间的干燥区，使得污秽层不易受潮。并且，在绝缘子还没有饱和，或者受潮之前，伴随着水滴的聚集与增多，水滴的体积一旦达到一定的程度就会在重力的吸引下从表面滑落，带走盐分，降低污秽表面的盐度。图3为镀膜处理前后的水膜比较。

图3

5）集电线路防雷击除在线路上面合理架设避雷线外，工程阶段就应对各焊接头的质量、降阻剂的使用、回填土等每个环节严格把关，对整个施工过程实行全过程的质量监督。投产后应定期测量接地电阻是否合格，必要时挖开接地体检查接头连接情况，确保与塔体、防雷保护装置接触良好，及时补加丢失的接地体和接地引下线，建立良好的雷电流通道。

3 结论

在我国风力发电技术不断进步的背景下，集电线路面临的故障也越来越多。在人们的清洁供电需求日益高涨的背景下加强对风电场集电线路故障的研究具有重要意义。文中提到的各项措施能够有效保证风电场集电线路的安全稳定运行，在今后风能发电过程中电力人员可以借鉴不断提升故障处理水平。

参考文献

[1]GB/T2900.8-1995电工术语 绝缘子.

[2]GB/26859-2011电力安全工作规程电力线路部分.

[3]DL/T1058-2007交流架空线路用复合相间间隔棒技术条件.

[4]DL/T864-2004标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子使用导则.

[5]DL/T5191-2004风力风电场项目建设工程驗收规程.

[6]DL796-2001风力风电场安全规程.

[7]DL/T666-2012风力风电场运行规程.

[8]DL/T797-2012风力风电场检修规程.endprint