風電場集電線路高壓電纜典型故障查找與技改

邢李方 王陽 郝延峰 易里坤 張建新

摘 要：箱式變壓器作為一種新型成套變電裝置，在風電場廣泛應用，箱變高壓室與風電場集電線路主干線之間的電力傳輸一般都采用高壓電纜，場區集電線路的電力傳輸方式有地埋高壓電纜，也有高壓電纜與架空線混合連接方式，這些高壓電纜在運行中常出現故障，給風電場安全生產造成隱患，文章結合在風電場處理電纜故障的實際經驗，根據兩個典型故障實例具體分析發生故障的原因，并提出預防此類電纜故障的相關措施，為防止風電場高壓電纜的相似故障提供參考。

關鍵詞：風電場；高壓電纜故障；相關措施

中圖分類號：TM614 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0152-02

Abstract： Box transformer， as a new complete set of substation equipment， is widely used in wind farms. High voltage cables are generally used for power transmission between the box transformer high voltage chamber and the main line of the wind farm collecting line. The electric power transmission modes of collector lines in the field area include buried high voltage cables and hybrid connection mode of high voltage cables and overhead lines. These high voltage cables often fail in operation， causing hidden danger to the safe production of wind farms. Based on the practical experience of dealing with cable faults in wind farms and two typical examples， this paper analyzes the causes of cable failures and puts forward relevant measures to prevent such cable faults. The results can be used as reference to prevent similar faults of wind farm high voltage cables.

Keywords： wind farm； high voltage cable fault； relevant measures

1 概述

箱式變壓器和場區高壓電纜是風電場電力傳輸系統的橋梁部分，箱變和高壓電纜的穩定運行，關系到風電場場區電氣設備的安全與穩定。風電場集電線路采用10kV和35kV電壓等級，有的風電場全部采用電纜地埋方式，也有的箱變與輸電主干線之間選用電纜方式，輸電主干線采用架空線方式。風電場場區高壓電纜主要故障有：中間接頭單相接地、相間短路并接地、三相短路接地；電纜終端接頭單相接地、相間短路等故障。目前風電場地埋電纜出現故障較多的是單相接地故障。風電場高壓電纜頭由于設計、施工工藝、設備質量、所處地理環境等多方面原因，導致高壓電纜故障，故障出現后，造成風電機組緊急故障停機，或直接作用于升壓站發電線路開關跳閘，造成整條發電線路停運，嚴重時，影響整個風電場停運，更嚴重時，影響周圍多個風電場停運。對風電機組和電網的安全與穩定造成影響。

2 現場典型故障原因分析及技改措施

2.1 箱變35kV高壓室電纜典型故障情況

吉林洮北風電場2015年8月20日15時26分44秒三期監控系統報接地變壓器中點電流越限故障，30秒后35kV發電三線3503開關跳閘，根據繼電保護動作、現場情況查看，繼電保護過流I段動作，現場檢查發電三線7號箱變高壓室內電纜終端頭絕緣擊穿接地、B相避雷器擊穿接地。避雷器和電纜終端頭故障（如圖1）。

2.1.1 故障原因

箱變高壓室電纜和避雷器故障發生時，天氣正在下雨。陰雨潮濕天氣時在相鄰的風電場也多次出現相似故障。在修復電纜終端頭故障過程中，發現電纜頭絕緣層有水珠，當時箱變高壓室密封完好沒有漏水跡象，將電纜終端頭絕緣層撥開后，發現電纜絕緣層往出滲水，對整個裸露電纜外皮進行了檢查，電纜皮沒有破損，又對電纜與架空主干線連接的電纜終端頭進行檢查，電纜終端頭絕緣層外觀完好，在電纜接線端子處發現密封管有縫隙，密封膠老化開裂，B相接線端子處密封膠開裂最為嚴重，而且有滲水跡象。對相關線路連接的電纜終端頭進行了檢查，發現箱變高壓室電纜頭滲水者，電纜與架空主干線連接的電纜終端頭接線端子處密封管的密封膠必然老化開裂。確定箱變高壓室電纜絕緣層內的雨水，是從架空主干線連接的電纜終端頭側的接線端子處滲進來的源頭，雨水從架空側電纜頭順著電纜絕緣層滲進箱變高壓室電纜頭，造成箱變高壓室電纜和避雷器絕緣擊穿故障，其典型故障點是架空線側電纜頭滲水卻沒出現故障，而雨水卻可以通過高壓電纜絕緣層流到箱變側，造成箱變高壓室電纜終端頭絕緣擊穿。

2.1.2 技改措施（洮北風電場處理措施）

由于設計、施工工藝原因，對于目前已投入運行的線路，因電纜長度限制，采用密封膠加冷縮密封管（或熱縮管）將架空主干線連接的電纜終端頭側的接線端子處進行密封處理，每年雨季來臨之前檢查電纜端子和電纜附件處密封絕緣老化情況，及時進行檢修。為安全起見，還可以在接線端子處再增加一個防雨傘裙，對防止雨水滲入電纜絕緣層會更加有效。（處理故障點如圖2）。對于新建設的風電場電纜與主干架空線之間的連接處，可將電纜分支接線處于連接端子上部的接線，即電纜分支套高于電纜接線端子的接線方式，雖然多用一米電纜，但可以防止雨水順電纜絕緣護層流到箱變高壓室造成絕緣破壞故障，根據現場實際接線方式，改變戶外電纜頭防雨傘裙的安裝位置和方向，有效防止電纜接線端子處密封處老化造成雨水滲進電纜絕緣層內，造成箱變高壓室電纜故障。洮北風電場對架空線側電纜頭接線端子處采用密封膠和防雨傘裙兩種方式進行了技術處理，并就此問題積累經驗，每年雨季來臨之前，對電纜做一次全面的檢查。自此，消除了箱變高壓室電纜終端頭因雨水滲入引起的相關問題。

2.2 地埋高壓電纜典型故障情況

風電場場區地埋電纜故障主要有：耕地挖溝時的機械損傷、[1]電纜直埋深度不夠、電纜在放線過程中絕緣層損傷。其中故障率最多的是地埋電纜中間接頭故障，地埋電纜中間接頭與電纜本體相比，接頭處是薄弱環節，其故障率約占電纜線路故障80%以上。電纜中間接頭材料缺陷或制作工藝上的缺陷、絕緣老化變質、連接點的壓接管接觸面電阻大而發熱、雨水浸泡造成電纜中間接頭或電纜絕緣護層受傷處絕緣受潮、電網電壓波動時、造成電纜中間接頭絕緣薄弱處絕緣擊穿等原因，形成斷相、對地擊穿放電、相間短路等故障。故障發生時發電線路開關跳閘引起電壓波動，有的造成相鄰發電線路或整個風電場開關跳閘。對風電機組和電網造成一定的影響。

2.2.1 故障原因

風電場地埋電纜故障后，故障點查找困難，修復時間長。按照地埋電纜故障出現的部位，通常可將故障類型大致分為斷線故障、單相接地、相間短路故障。這里著重說明洮北風電場地埋電纜中間接頭多次出現接地和短路的典型故障，（故障如圖3、4），主要原因在制作電纜中間接頭時，在幾個過馬路的接頭處在中間接頭外套了一個塑料套管，另有部分電纜中間接頭，采用外套熱縮護套方式，作為抗外力損傷和防水保護，但是每次故障出現時，都是套塑料管和外熱縮電纜護套的電纜出現故障。沒有采取類似措施地埋電纜中間接頭卻沒有相關問題。挖開故障電纜時發現塑料管和熱縮電纜護套內有積水，電纜中間接頭在塑料管和熱縮套內就會浸泡在水里。

2.2.2 技改措施

根據地埋電纜中間接頭因外保護熱縮護套和塑料管內存在積水的問題，在修理地埋電纜中間接頭時，取消了硬塑料保護管和熱縮電纜外護套，改為瀝青防水。自此消除了此類典型故障。

3 結束語

風電場箱變高壓室電纜和場區地埋電纜，是風電場電纜故障率最高的部位，在實際工作中，必須選用良好的電纜附件，采用合理的施工工藝，做好電纜接頭的安裝工作，確保電纜接頭的安全性，保證風電場設備的供電可靠性，為風電機組的安全、經濟運行奠定基礎。提升風電場的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]孟祥澤，孟慶義.電力建設工程質量問題通病防治手冊[M].北京：中國電力出版社，2004：275.