風(fēng)電場集電線路地埋電纜常見故障分析與處理

黃雄軍

摘 要：風(fēng)電場集電線路是工程的重要組成部分，在風(fēng)電場建設(shè)中，一條集電線路所帶風(fēng)機(jī)少則七、八臺(tái)，多則十余臺(tái)，一旦集電線路出現(xiàn)故障，必將“連累”該集電線路所有風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，造成發(fā)電量損失，因其為隱蔽工程，深埋于地下最少70cm以下，所以如果發(fā)生故障，故障查找和處理均較為繁雜。該文主要對(duì)風(fēng)電場集電線路地埋電纜常見故障及原因進(jìn)行梳理，并就故障查找及預(yù)防提出建議。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場 集電線路 地埋電纜 故障分析 處理方法

中圖分類號(hào)：O562.3+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）02（b）-0057-02

風(fēng)電場因其占地范圍廣，單臺(tái)機(jī)組容量較小，所以一般采用集電線路施工，將幾臺(tái)風(fēng)機(jī)電能匯聚后送至升壓站。作為地埋電纜施工的集電線路，其運(yùn)行穩(wěn)定與否，直接關(guān)系著風(fēng)電場的發(fā)電效益，加強(qiáng)對(duì)地埋電纜常見故障分析，提出故障查找及預(yù)防措施，對(duì)風(fēng)電場運(yùn)維具有實(shí)際意義。

1 地埋電纜常見故障類型及原因分析

1.1 電纜頭爆裂

電纜鋪設(shè)好后，為了使其成為一個(gè)連續(xù)的線路，各段線必須連接為一個(gè)整體，這些連接點(diǎn)就稱為電纜頭。電纜線路中間部位的電纜頭稱為中間接頭，而線路兩末端的電纜頭稱為終端頭。電纜頭是電纜線路中絕緣最薄弱、故障率最高的部位。故障的主要原因包括以下幾個(gè)方面：一是未按照相關(guān)工藝進(jìn)行制作安裝，如剝離外半導(dǎo)電層時(shí)傷及線芯絕緣層，線芯絕緣層及其至外半導(dǎo)電層過渡處未打磨光滑，致使存在臺(tái)階、凹槽、刀痕，電纜線鼻子或中間連接管壓接不均勻、未打磨光滑、存在毛刺，防水處理不夠嚴(yán)實(shí)等，都會(huì)導(dǎo)致電纜頭處絕緣降低，引發(fā)事故。二是電纜放置的時(shí)間較長，放置期間未對(duì)電纜兩端做好防水處理，導(dǎo)致電纜頭制作前絕緣已受潮，或在電纜頭制作過程中環(huán)境濕度過大，會(huì)使接頭處混進(jìn)水或水蒸氣，長時(shí)間在電場的作用下形成水樹枝，逐漸損害電纜造成電纜頭擊穿。三是電纜線鼻子或中間連接管存在與線徑縫隙過大的情況，壓接后線鼻子或中間連接管變形嚴(yán)重，承載力降低，隨著時(shí)間推移造成接觸不良甚至松動(dòng)后放電。

1.2 電纜絕緣降低或擊穿

電纜因?yàn)榻^緣降低或擊穿而造成相間、相對(duì)地短路也是電纜中較為常見的故障，造成故障的原因主要來自于機(jī)械損傷、絕緣老化、過電壓和未按規(guī)范施工等方面。其中機(jī)械損傷在電纜絕緣故障原因中占比最重，效果也最明顯，主要是施工過程中人為操作不當(dāng)或未按規(guī)范施工，如電纜放線中存在強(qiáng)拉硬拽、車輛碾壓、石塊、樹枝割傷等野蠻施工行為造成電纜絕緣甚至鎧裝受損，電纜溝回填深度不夠，或未按鋪沙、蓋磚、軟土分層夯實(shí)的要求嚴(yán)格進(jìn)行回填，而是代之以樹枝、石塊、雜物等重物回填，都為電纜故障埋下深深的隱患，同時(shí)，電纜在上、下坡處因回填土沉降、沖刷等原因，也容易使電纜絕緣及鎧裝承受機(jī)械拉力而受損。絕緣老化的主要原因來自于酸堿土壤的化學(xué)腐蝕致使保護(hù)層失效，絕緣降低，長期過負(fù)荷運(yùn)行，過高的溫度也會(huì)加劇絕緣的老化。而工作過電壓和雷擊過電壓造成絕緣故障是因?yàn)榉览捉拥厥┕べ|(zhì)量不可靠或未安裝避雷器，電纜鎧裝、屏蔽層未進(jìn)行直接有效的接地所造成。同時(shí)，電纜轉(zhuǎn)彎半徑過小容易損傷電纜絕緣及鎧裝，同溝鋪設(shè)電纜間距太近不利于散熱，電纜相互靠近或交叉間距太小，產(chǎn)生“交流電蝕”，都是造成電纜絕緣降低乃至擊穿短路的原因。

2 地埋電纜常見故障排查與處理

2.1 故障現(xiàn)象

風(fēng)電場集電線路地埋電纜一端連著箱變與風(fēng)機(jī)，另一端與升壓站開關(guān)柜相連，而箱變高壓側(cè)電纜一般為一進(jìn)一出，進(jìn)線來自于上一臺(tái)箱變，出線去往下一臺(tái)箱變。所以，當(dāng)集電線路出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)于主控室監(jiān)控人員來說，主要直觀表現(xiàn)包括一臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)、箱變通訊同時(shí)中斷或集電線路開關(guān)跳閘等，對(duì)于現(xiàn)場巡視人員來說，聽見電纜頭放電聲音或聞到電纜燒焦氣味也是故障的主要現(xiàn)象。當(dāng)然，故障發(fā)生時(shí)，從后臺(tái)也能監(jiān)控到電壓、電流異常波動(dòng)，并觸發(fā)故障錄波。

2.2 故障查找

當(dāng)巡視過程中聽見電纜頭存在放電聲音或聞到電纜燒焦氣味，應(yīng)立即通知主控室對(duì)該集電線路停電，進(jìn)而處理。若出現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)、箱變通訊中斷的情況，在排除風(fēng)機(jī)、箱變本身故障后，應(yīng)在停電后到現(xiàn)場察看，是否為通訊中斷的所有箱變中第一臺(tái)高壓側(cè)電纜頭爆裂所致。

當(dāng)出現(xiàn)集電線路開關(guān)跳閘時(shí)，由于一般集電線路較長，查找故障將較為繁雜。首先，應(yīng)通過監(jiān)控后臺(tái)及保護(hù)裝置報(bào)文確認(rèn)保護(hù)動(dòng)作情況，并結(jié)合故障錄波情況初步分析判斷故障類型與故障相別。接下來可通過絕緣搖表在線路一端測量各相的絕緣電阻具體確定故障類型和相別。當(dāng)相對(duì)地或相間絕緣電阻低于100kΩ時(shí)，為低電阻接地或短路故障；當(dāng)相對(duì)地或相間絕緣電阻低于正常值較多，但高于100kΩ時(shí)，為高電阻接地故障；當(dāng)相對(duì)地或相間絕緣電阻均正常時(shí)，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)，檢查是否為斷線故障。由于集電線路較長，可通過解開若干臺(tái)箱變高壓側(cè)電纜頭進(jìn)行逐段檢查，以便縮小故障查找范圍，快速鎖定故障電纜段，最后通過電纜故障定位儀對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)備定位。

2.3 故障處理

一般情況下，當(dāng)電纜頭爆裂后，需切除故障部分，重新制作電纜頭。當(dāng)電纜由于絕緣降低或擊穿致相對(duì)地或相間短路時(shí)，也需切除故障部分，并加裝電纜中間接頭，完成電纜續(xù)接，消除故障。而對(duì)于電纜頭放電，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取加強(qiáng)絕緣、緊固電纜頭固定螺栓或其他有效的方式進(jìn)行處理，電力電纜受潮后，一般使用大電流發(fā)生器進(jìn)行加熱干燥處理，從而提高電纜的絕緣電阻。如果沒有大電流發(fā)生器，可以參考交流電焊機(jī)的工作原理，使用多臺(tái)交流電焊機(jī)，代替大電流發(fā)生器，對(duì)受潮電纜進(jìn)行干燥處理，提高絕緣電阻。

3 施工及運(yùn)維中地埋電纜故障預(yù)防措施

3.1 施工過程中預(yù)防措施

針對(duì)電纜常見故障類型，在施工過程中應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)管控，最大限度降低電纜故障風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)當(dāng)故障出現(xiàn)后便于維護(hù)：一是優(yōu)化電纜鋪設(shè)路徑，防止重型車輛對(duì)運(yùn)行中的電纜進(jìn)行碾壓，減少跨道路和交叉鋪設(shè)；二是電纜溝開挖、回填、電纜放線和電纜頭制作應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范和相關(guān)工藝施工；三是對(duì)于上、下坡電纜呈S型擺放，并加裝固定樁，防止電纜因回填土下沉或雨水沖刷而承受機(jī)械拉力；四是在電纜頭位置做好電纜預(yù)留，以便當(dāng)故障電纜切除后可重新制作電纜頭，并根據(jù)需要設(shè)置電纜井對(duì)中間接頭進(jìn)行保護(hù)；五是按照規(guī)范要求完成交接試驗(yàn)，確保電纜各項(xiàng)電氣性能合格；六是做好電纜鎧裝及屏蔽層接地，在電纜兩端安裝避雷器，做好雷擊過電壓和工作過電壓防護(hù)；七是在按規(guī)范要求設(shè)置電纜標(biāo)樁，防止地埋電纜遭到人為破壞。

3.2 運(yùn)維過程中預(yù)防措施

運(yùn)維過程中，應(yīng)加強(qiáng)電纜的日常巡視，重點(diǎn)關(guān)注負(fù)荷較大及高溫天氣下電纜運(yùn)行情況，做好電纜頭紅外測溫工作，定期做好電纜預(yù)防性試驗(yàn)，并對(duì)歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)與交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷電纜的運(yùn)行情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，將故障扼殺在萌芽狀態(tài)，確保地埋電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

正所謂“牽一發(fā)而損全身”，保障集電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。而對(duì)地埋電纜來說，因其深埋地下，故障查找困難，消除故障更是耗時(shí)、耗力，該文以地埋電纜為例，分析了電纜頭爆裂、電纜絕緣擊穿等常見故障發(fā)生的原因，指出故障排查與處理方法，并總結(jié)施工和運(yùn)維過程中的預(yù)防措施，希望能為風(fēng)電場工程建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)提供借鑒，提高風(fēng)電場運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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