浅谈风电场集电线路隐患排查及故障处理

【摘要】保障风力发电设备的稳定运行是目前风电场最重要的任务之一，集电线路作为风电场电气设备的重要组成之一，是保障风力发电设备稳定运行的关键。随着风电场运行年限的增加，集电线路故障及隐患越来越多，本文着重研究如何处理集电线路故障及排查隐患。【关键词】风电场故障处理集电线路隐患排查在我国北方地区早期投运的风电场设备运行很多已超过15年，风电场地理自然环境恶劣，常年的持续运行导致电力设备稳定性降低。为了保证集电线路设备稳定运行，必须做好集电线路隐患排查工作，及时消除集电线路故障。以黑龙江省伊春地区为例，伊春地区风电场多位于高山峻岭林木密集处，场站内输送电、集电线路穿送于茂密山林，极大增加了森林火灾的风险。根据本地区气候特征适时开展集电线路森林火灾隐患排查整改，对提高输电可靠性、防灾减灾有着重大意义。通过对森林险情季节、环境等因素制定相应的计划和措施，采取群防、技防相结合的思路，确保输电线路的运行可靠，减小森林火灾风险。1.集电线路设计、施工、选型常见问题1.1施工设计及设备选型存在的问题风电场建设初期，设计单位可能存在经验不足、业务能力欠缺等原因，未能充分考虑到风电场所在地理位置的环境及气候特点，在施工设计、设备选型方面考虑不充分，导致运营阶段设备隐患。例如线路杆塔的抗风能力方面：一般的设计单位在集电线路设计时设计风速为30米/秒，风电场的集电线路由于受地形、地势的影响，在极端天气条件下风速达40米以上，因此，在特殊天气条件下时有集电线路倒杆、倒塔事故的发生。1.2跌落式熔断器的选型和常见问题由于风电场所处地理位置，特别是早期风电场，风资源都较好，每年都会出现高风速的极端天气。因此，跌落开关选型直接关系到集电线路投产后的安全稳定运行。早期的风电场跌落开关的选型一般选用普通式跌落熔断开关（图1），普通式跌落开关投运后不能适应风电场的高风速天气，在高风速情况经常发生跌落体被风吹落的现象。同时，运行一段时间后，由于普通式跌落开关接触点采用插入型触头，接触点容易松动，出现跌落开关的上下接线触点端口烧损的现象，容易引起火灾风险。所以，在跌落开关选型时应选用适用于风电场特殊环境下的防风防弧式跌落开关（图2）。图1：普通型跌落式熔断器

图2：防风型跌落式熔断器

1.3工程施工存在的问题工程施工质量是风电场集电线路投产后能否安全稳定运行的关键点之一，由于风电场在建设期间受地理环境、工程施工工期、施工单位的专业水平等多种因素影响，集电线路安装完成后存在着诸多问题，这些问题可能会在日后的某些运行阶段逐步显现。2.集电线路设备隐患排查2.1定期开展集电线路设备隐患排查为了确保集电线路设备在大风季节的稳定运行，风电场每季度至少开展一次集中隐患排查专项治理工作，从线路的杆塔基础、金具连接情况、引线端子接引松紧度、导线张驰度、绝缘子外观、接地防雷设施等方面进行全面隐患排查，根据排查结果组织人力进行逐基蹬塔消缺。2.2集电线路设备月度常规巡检为了保证及时发现设备的隐患缺陷，要定期对集电线路设备进行巡检，一般情况下每月要对集电线路设备进行巡检。2.3特殊天气下的巡检一是大风、雷电、雨雪等极端天气过后，认真对集电线路设备进行专项巡检，检查线路是否由于由于超风速、线路落雷、覆冰、覆雪导致设备缺陷的发生；二是集电线路带上负荷后，在天气条件允许的情况下开展集电线路设备夜巡工作，重点检查集电线路引线接头有无由于接触不良造成的过热、放电现象，防止集电线路引线接头由于接触不良造成断线故障的发生。3.故障分类由于风电场所处地理位置均为野外，一年四季昼夜温差较大，设备运行环境恶劣，受于集电线路运行年限、施工工艺、产品质量、外力影响、绝缘疲劳等问题，导致线路故障频发。集电线路设备常见故障主要有以下几方面：3.1接地风电场10kV、35kV集电线路系统为小电流接地电力系统，接地是一种多发故障，多发生在湿润、雨雪、大风等天气。统计发现主要原因：杆体倾倒、杆体断裂（图3）；导线或引流线断线、脱落或搭接在塔架横担上;电缆、电缆头绝缘击穿（图4）;避雷器、绝缘子绝缘击穿;树木、鸟窝等搭接（图5）;线路遭外力破坏致导线落地。

图3：杆塔倾倒

图4：导线断线

图5：鸟窝搭接3.2相间短路当集群线采用同杆架设时，采用耐弧导线，线路相间距离较小，在恶劣天气下，线路抖动极易造成相间短路;大风天气树枝断裂或刮起物品，横搭在线路间造成相间短路;鸟类搭窝栖息，叼起导电物体可引起相间短路。3.3雷击雷击有三种形式：雷直击导线，无线路避雷器最容易发生，或即使有线路避雷器，雷电仍有可能击穿线路避雷器后对线路导线产生损伤;雷击杆塔或线路避雷器，强大的雷电流通过杆塔的接地电阻，使杆塔和导线的电位瞬间上升，杆塔与导线的电位差超出线路绝缘子闪络电压时，绝缘子产生闪络，导线上出现很高的电压;

雷击导线水平间距65m以外的大地，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压（属于感应雷过电压）。3.4跌落开关故障跌落开关触头接触地方若尺寸匹配不符合，大风天气容易松动脱落甚至烧坏，此时熔丝管被风吹时极易摆到杆塔或者其它相的熔丝管引起放电导致跳闸;熔丝附件太粗，保险管孔太细，即使熔丝熔断，熔丝部件也不易从管中脱出使管子不能迅速跌落，严重时会造成线路跳闸;由于下触头弹片的弹力小，熔断器在运行一段时间后，下动触头两个脚被电流烧伤，导致接触不良，在大风时跌落件非正常跌落。3.5污闪雾霾、沙尘暴等恶劣天气，温度、湿度、风向等气象因素是形成污闪的条件。雨雾结成的浮冰、空气中飘浮的微尘等，在温度和湿度的共同影响下，堆积于绝缘子表面形成污秽。随着线路长时间运行，绝缘子的污秽程度逐渐增加，就会导致绝缘程度下降，大大增大线路闪络跳闸的几率。4.故障处理流程1）监控后台报警后，查看报警信息（跳闸线路开关变位，保护动作情况），查看整个系统运行情况。2）向省、地调汇报跳闸情况（并向值班长、场站经理汇报）先简要汇报跳闸开关，保护动作情况，查明故障点后再详细汇报。如：您好，风电场调度名+汇报人名字，XX点XX分。我场XXKV集电X线XXXX开关零序过流保护动作跳闸。3）查看综自故障信息，查阅故障录波器录波图，初步确认故障类型，安排人员进行站内设备的全面检查，查看所有保护动作情况。4）安排人员进行集电线路巡视检查，查找故障点①单相接地，相间短路，过电压。可能原因：开关柜后电缆头和避雷器击穿；电缆头和避雷器击穿；箱变高压室内电缆头和避雷器击穿；杆塔上导线因螺栓脱落而下垂接地；杆塔上跨接线脱落接地，线路下高大树木接地；覆冰，闪络等。②大风致使导线摆动过大，导致相间短路（发生几率较低，设计时会考虑摆动距离）；线路上搭挂杂物；线塔引下线开脱或断裂；③雷击，需要查找到落雷点，减少损失时间查找落雷点采用分段查找办法，将线路分段遥测，找到故障段落后，缩小故障距离，从而排查落雷点。5）故障点找到后不能终止巡查工作，必须将整条线路所有线塔及箱变巡查完毕，以防故障点并非单一，盲目送电会损坏设备或扩大事故。6）在整条线路巡查完毕后，若未发现故障点，视情况可以进行一次试送，试送成功，线路可以恢复运行。若试送失败，则在查找到准确故障前不允许再进行试送。7）利用电力监控系统排查设备故障充分利用风电场保护监控系统及故障录波器的数据，对设备故障点进行查找。尤其是在集电线路故障跳闸后，要充分利用综自设备和故障录波器等装置的数据，根据保护动作类型及动作值并结合跳闸时的天气、风速、负荷等情况，综合分析后，对故障类型有一个初步判断，开展有针对性的故障点巡查工作，提高设备故障点查找的效率。5.案例分析背景：东北地区某风电场总装机容量51MW，共计54台风机，7条集电线路。其中#1-#4集电线路各接入10台0.75MW机组，#5、#6集电线路各接入5台1.5MW机组，#7集电线路接入4台1.5MW机组。至今已运行10年。1）风电场7号机群线自2020年9月2日起，在大雨或大雾时会零序保护跳闸，测量绝缘均低于10MΩ。待天气转晴或雾散开后设备绝缘恢复正常，可以正常运行。集电线路全场超过65公里且多处穿过山林，故障排查难度大。巡视集电线路未发现明显故障点，需要对集电线路分段测量三相绝缘情况，逐一排除台变、架空线路、地埋电缆、断路器等绝缘情况，以确定故障点。经过5次解线后确定故障点为转角杆#0269至转角杆#0314之间，一共45级杆塔及一个避雷器，登杆更换后排除避雷器损坏问题。继续分段解开架空线路进行绝缘测量，故障点确定为#0269-#0284范围内，检修人员逐个登杆，检查绝缘子情况，最终在#0272杆塔查出A相绝缘子损坏，更换后绝缘正常。该故障为雷击导致线路并未完全接地，为不明显接地，在天气晴朗的天气情况下设备绝缘正常，可以正常发电。雨后、潮湿天气雷击点绝缘降低，导致集电线路A相接地。现场集电线路杆塔超300基，两个故障在查找过程中使用排除法，即选择合适的位置解开线路进行绝缘测量，最终仅登5基杆塔将故障排除，很大程度上减少运行人员工作量及故障处理时间。（故障点见图6）图6：线路故障点2）2021年9月22日上午09时10分，雷雨天气。10kV4号机群线1004开关零序过流保护跳闸，检查现场无明显异味，开关柜电缆头处无放电烧灼痕迹。雨后检修人员对台变、架空线路进行巡视检查，未发现明显故障点。随后将地埋电缆与架空线路解开，分别进行绝缘测量，最终确认故障点位于地埋电缆段。使用电缆故障测试仪对地埋电缆进行试验（图7），在距离高压室约90米处测量出放电点，挖出电缆后找到接地故障点，将电缆绝缘击穿部分切除后（图8），重新制作端头进行连接故障