風(fēng)電場(chǎng)集電線路故障原因及預(yù)控措施

吳書強(qiáng)

（神華（錫林浩特）新能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

0 引 言

風(fēng)能作為一種清潔能源，蘊(yùn)藏量大，具有較大的開發(fā)價(jià)值。近年來(lái)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)重要的電能來(lái)源。在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)集電線路故障比較常見，一旦集電線路出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，造成比較嚴(yán)重的電量損失，因此加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)集電線路故障原因的研究，并且采取有效的措施來(lái)進(jìn)行控制，降低風(fēng)電場(chǎng)集電線路故障具有重要意義[1]?；诖?，本文對(duì)風(fēng)電場(chǎng)集電線路故障原因及預(yù)控措施進(jìn)行了探討。

1 風(fēng)電場(chǎng)集電線路型式及特點(diǎn)

在風(fēng)電場(chǎng)中集電線路是重要的設(shè)備，是保證風(fēng)電場(chǎng)電能正常輸出的基礎(chǔ)，是風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行的前提。從當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)看，集電線路的主要型式分為架空集電線路和電纜集電線路兩種。

（1）架空集電線路。當(dāng)前，架空線路型式的集電線路在我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用最為廣泛，這種集電線路型式的優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)相對(duì)完善，方便檢修，運(yùn)行也比較成熟，在安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。但是這種線路也存在一定的缺陷，主要包括以下3方面。其一，架空集電線路受到氣候條件的影響比較大，如雷暴、大風(fēng)、凍雨、大雪和覆冰等不利氣候條件，會(huì)給架空集電線路造成比較大的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘、斷線、倒塌和斷股等電氣設(shè)備損壞的問題，造成集電線路故障；其二，在我國(guó)一些地區(qū)，電阻率比較大，接地電阻在常規(guī)接地的條件下不能夠滿足安全運(yùn)行的需求，降低接地電阻阻值的成本比較高，線路容易受到雷暴的影響，在雷暴條件下容易出現(xiàn)跳閘的情況，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)各類電氣設(shè)備的安全造成比較大的影響；其三，覆冰會(huì)給架空線路造成比較大的影響，在融冰期容易導(dǎo)致導(dǎo)線脫冰跳躍、冰閃等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到架空線路的運(yùn)行安全[2]。

（2）電纜集電線路。電纜集成電路的優(yōu)點(diǎn)是受到環(huán)境因素的影響小，具有較高的可靠性；線間絕緣距離小，占地少，不受到干擾電波的影響；在地下進(jìn)行敷設(shè)，不占用地面空間，不暴露，具有較強(qiáng)的安全性和可靠性，而且對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)整體的景觀建設(shè)有利；此外，相較于重覆冰架空線路，其建設(shè)成本也更低。不過(guò)電纜集電線路也有明顯的缺陷，一方面其工程造價(jià)要比架空集電線路要高，而且對(duì)于施工工藝的要求也高，尤其是電纜集電線路中間接頭，對(duì)于施工工藝的水平有非常高的要求，若施工質(zhì)量不高，在運(yùn)行過(guò)程中很可能會(huì)出現(xiàn)電纜絕緣擊穿的問題，造成線路發(fā)生故障；在電纜集電線路中間接頭需設(shè)置檢修井、轉(zhuǎn)/分接開關(guān)箱、標(biāo)志樁等，這導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)面臨的困難較大。

2 風(fēng)電場(chǎng)集電線路典型故障原因分析

通過(guò)對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)集電線路的故障情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該風(fēng)電場(chǎng)集電線路常出現(xiàn)的故障類型主要包括接地、相間短路、雷擊、跌落開關(guān)、污閃和倒塌等幾種，其中占比最高的是接地和雷擊。通過(guò)對(duì)故障的屬性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，自然原因造成的故障占大多數(shù)，主要原因包括雷擊、大風(fēng)、覆冰和鳥害，而非自然原因造成的故障主要包括接地不良、絕緣下降、外力破壞、斷線以及脫落等[3]。下面對(duì)風(fēng)電場(chǎng)集電線路典型故障的原因進(jìn)行深入的分析。

2.1 接 地

風(fēng)電場(chǎng)35 kV集電線路系統(tǒng)是小電流接地電力系統(tǒng)，對(duì)于這一系統(tǒng)，接地故障是一種常見故障，在雨雪、大風(fēng)或者是天氣比較潮濕的天氣，很容易出現(xiàn)這種故障。造成出現(xiàn)接地故障的主要原因有以下幾方面：導(dǎo)線或引流線斷線、脫落或搭接在塔架橫擔(dān)上；電纜、電纜頭絕緣擊穿；避雷器、絕緣子絕緣擊穿；樹木、鳥窩等搭接；線路外力破壞致導(dǎo)線落地。

2.2 相間短路

部分風(fēng)電場(chǎng)集電線路存在線路相間距離比較短的問題，在惡劣天氣的影響下非常容易出現(xiàn)相間短路的問題；在大風(fēng)條件下，掛斷的樹枝或者是掛起來(lái)的物品橫搭在線路間，會(huì)造成相間短路；鳥類搭窩棲息、叼起金屬物搭在線路之間等情況都會(huì)導(dǎo)致相間短路的情況。

2.3 雷 擊

雷擊是導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)集電線路故障的主要因素之一，主要有以下3種形式。

（1）導(dǎo)線直接遭受雷擊。如果沒有安裝避雷線，這種情況發(fā)生的可能性會(huì)很高。即使在安裝有避雷線的情況下，雷電也可能會(huì)繞過(guò)避雷線的保護(hù)范圍雷擊導(dǎo)線。

（2）桿塔或者是避雷線遭受雷擊。強(qiáng)大的雷電流通過(guò)桿塔的接地電阻后，桿塔和避雷線的電瞬間上升，桿塔與導(dǎo)線的電位差超出線路絕緣子閃絡(luò)電壓，導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)線上出現(xiàn)較高的電壓。

所謂的噴灌技術(shù)主要是通過(guò)專門設(shè)備把水通過(guò)壓力管道輸送到田間，然后噴射到空中，達(dá)到灌溉的目的。這種噴灌技術(shù)對(duì)于土壤和地形使用性強(qiáng)，但是容易受到風(fēng)力的影響。

（3）感應(yīng)雷過(guò)電壓。當(dāng)雷擊導(dǎo)線水平間距65 m以外的大地，會(huì)導(dǎo)致空間電磁場(chǎng)出現(xiàn)急劇的變化，然后使導(dǎo)線上感應(yīng)出電壓。

2.4 跌落開關(guān)故障

跌落開關(guān)故障有以下幾類原因。

（1）跌落開關(guān)觸頭大小和接觸地方不匹配，在大風(fēng)天氣下容易出現(xiàn)松動(dòng)，甚至是出現(xiàn)燒壞的情況，這種情況下熔絲管被風(fēng)吹時(shí)，可能會(huì)擺到桿塔或者是其他方向的熔絲管，從而導(dǎo)致放電，造成線路跳閘。

（2）熔絲附件尺寸較粗，保險(xiǎn)管孔太細(xì)，熔絲熔斷以后，熔絲部件不容易從管中脫出，這種管子不能夠迅速跌落，容易造成線路出現(xiàn)跳閘的問題。

（3）開關(guān)下觸頭的彈片彈力比較小，當(dāng)熔斷器持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間以后，動(dòng)觸頭的兩個(gè)腳會(huì)被電流灼傷，從而造成接觸不良，在大風(fēng)條件下很容易出現(xiàn)跌落件非正常跌落的情況。

2.5 污 閃

電氣設(shè)備的絕緣表面污穢物增多，在潮濕的條件下可溶性物質(zhì)會(huì)溶于水，絕緣層表面形成導(dǎo)電膜，導(dǎo)致其絕緣性能顯著降低，在電場(chǎng)的作用下會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的放電問題。在惡劣的氣象條件下，如霧霾、沙塵暴等會(huì)增加污閃出現(xiàn)的可能性[4]。

3 預(yù)防維護(hù)處理措施

為了保障風(fēng)電場(chǎng)集電線路的正常運(yùn)行，對(duì)故障進(jìn)行有效的控制，可以采取以下的預(yù)防維護(hù)處理措施。

3.1 設(shè)計(jì)階段

在進(jìn)行集電線路設(shè)計(jì)時(shí)，為了降低冰覆情況對(duì)線路的影響，要提高本體抗冰覆設(shè)計(jì)。對(duì)于重冰區(qū)，在進(jìn)行導(dǎo)線的設(shè)計(jì)時(shí)，地線要比導(dǎo)線設(shè)計(jì)冰覆高度高出5 mm。同時(shí)，需要對(duì)桿塔的不均勻冰覆進(jìn)行力學(xué)校核，在必要的情況下，需要更換底線支架和塔材，提高桿塔強(qiáng)度，防止出現(xiàn)倒塔斷線等故障。

3.2 工程階段

在進(jìn)行架空線路的施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工，采用正確的底線施工工藝，按照設(shè)計(jì)的導(dǎo)地線弧垂放線，從而確保導(dǎo)地線弧垂的防雷配合。在進(jìn)行桿塔接地電阻的施工時(shí)，確保電阻滿足規(guī)程的要求。在進(jìn)行跌落開關(guān)引下線、電纜線夾安裝時(shí)，要確保安裝的質(zhì)量。對(duì)于需要緊固的地方，要采用雙螺母提高緊固效果。在完成安裝以后，要按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，在確保工程質(zhì)量滿足要求，電氣設(shè)備試驗(yàn)合格以后，才能夠進(jìn)行工程移交。

在電纜線路施工過(guò)程中，需要加強(qiáng)施工的質(zhì)量控制，確保電纜的接收、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)滿足規(guī)范要求，避免這個(gè)過(guò)程中造成線纜損壞。在線纜進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)以后，需要對(duì)線纜進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，確保其滿足設(shè)計(jì)需求。施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，電纜的最小彎曲半徑、電纜最大牽引強(qiáng)度、機(jī)械敷設(shè)電纜速度等都必須要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，不能夠進(jìn)行野蠻施工。加強(qiáng)電纜頭的質(zhì)量控制，確保其制作工藝嚴(yán)格按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行。

在整個(gè)施工期間，應(yīng)做好電纜及其附件的防潮、防塵以及防外力損傷等方面的措施，做好施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境控制，確保溫濕度和清潔度等條件都滿足施工要求，避免在雨、霧和風(fēng)沙等不利天氣條件下進(jìn)行安裝，在安裝完成以后要進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格以后才能夠投入運(yùn)營(yíng)[5]。

3.3 運(yùn)維階段

線路的運(yùn)維階段要做好線路的巡視和維護(hù)等兩方面工作。

（1）線路巡視。定期對(duì)集電線路進(jìn)行巡視，檢查是否存在鳥窩、樹木等障礙物對(duì)線路造成影響，若存在要及時(shí)進(jìn)行清理；定期開展夜間巡查工作，在夜間工作人員對(duì)于火花等非常敏感，利用這一特點(diǎn)在夜間對(duì)導(dǎo)線的連接點(diǎn)進(jìn)行檢查，觀察導(dǎo)線連接點(diǎn)是否存在發(fā)熱、發(fā)光和放電等問題。

（2）線路維護(hù)。定期對(duì)線路的電氣連接情況進(jìn)行檢查，檢查連接件的螺母是否有松動(dòng)，及時(shí)進(jìn)行緊固處理。定期進(jìn)行登桿檢查，將絕緣子表面的污穢清理干凈，若發(fā)現(xiàn)絕緣子存在放電或者是擊穿的問題，要及時(shí)更換。在干旱季節(jié)，還應(yīng)對(duì)桿塔的接地電阻進(jìn)行檢查，確認(rèn)其是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 設(shè)計(jì)校核

在完成施工之后，需要對(duì)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，確認(rèn)施工質(zhì)量滿足要求。

（1）要對(duì)導(dǎo)線、地線的弧垂進(jìn)行檢查，確認(rèn)是是否滿足設(shè)計(jì)要求，若發(fā)現(xiàn)其存在超標(biāo)的情況，要及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整。

（2）要校核集電線路配置的保護(hù)，防止出現(xiàn)越級(jí)跳閘的問題。

（3）要對(duì)避雷器的配置進(jìn)行校核，確認(rèn)其是否滿足相關(guān)規(guī)范的需求，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)延長(zhǎng)架空線路的零序電流保護(hù)時(shí)限，提高其應(yīng)對(duì)雷擊等瞬間故障的能力。

（4）要做好跌落開關(guān)的維護(hù)工作，對(duì)跌落開關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位進(jìn)行檢查，確認(rèn)其靈活性，檢查其零部件是否存在銹蝕和損壞等問題。在進(jìn)行跌落開關(guān)的驗(yàn)收時(shí)。要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范開展驗(yàn)收工作，確保熔管安裝角度達(dá)到25°，如果熔體發(fā)生熔斷，則需要更換新的熔體。

（5）按照規(guī)范來(lái)定期開展預(yù)防性試驗(yàn)，驗(yàn)證集電線路應(yīng)對(duì)各種安全隱患的能力。安裝防鳥擋板、防鳥刺等裝置來(lái)防止鳥害，降低鳥對(duì)集電線路造成的影響。

4 結(jié) 論

集電線路作為風(fēng)電場(chǎng)中的重要設(shè)備，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益有著比較大的影響。當(dāng)前導(dǎo)致集電線路出現(xiàn)故障的原因主要包括接地、相間短路、雷擊、跌落開關(guān)、污閃等，本文對(duì)這些問題進(jìn)行了分析，并且從集電線路的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和運(yùn)維階段對(duì)集電線路故障的預(yù)防控制措施進(jìn)行了探討。