風電場集電線路地埋電纜常見故障分析與處理

黃雄軍

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

關鍵詞：風電場 集電線路 地埋電纜 故障分析 處理方法

中圖分類號：O562.3+2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（b）-0057-02

風電場因其占地范圍廣，單臺機組容量較小，所以一般采用集電線路施工，將幾臺風機電能匯聚后送至升壓站。作為地埋電纜施工的集電線路，其運行穩定與否，直接關系著風電場的發電效益，加強對地埋電纜常見故障分析，提出故障查找及預防措施，對風電場運維具有實際意義。

1 地埋電纜常見故障類型及原因分析

1.1 電纜頭爆裂

電纜鋪設好后，為了使其成為一個連續的線路，各段線必須連接為一個整體，這些連接點就稱為電纜頭。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方面：一是未按照相關工藝進行制作安裝，如剝離外半導電層時傷及線芯絕緣層，線芯絕緣層及其至外半導電層過渡處未打磨光滑，致使存在臺階、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，防水處理不夠嚴實等，都會導致電纜頭處絕緣降低，引發事故。二是電纜放置的時間較長，放置期間未對電纜兩端做好防水處理，導致電纜頭制作前絕緣已受潮，或在電纜頭制作過程中環境濕度過大，會使接頭處混進水或水蒸氣，長時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重，承載力降低，隨著時間推移造成接觸不良甚至松動后放電。

1.2 電纜絕緣降低或擊穿

電纜因為絕緣降低或擊穿而造成相間、相對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械損傷、絕緣老化、過電壓和未按規范施工等方面。其中機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或未按規范施工，如電纜放線中存在強拉硬拽、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、軟土分層夯實的要求嚴格進行回填，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，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腐蝕致使保護層失效，絕緣降低，長期過負荷運行，過高的溫度也會加劇絕緣的老化。而工作過電壓和雷擊過電壓造成絕緣故障是因為防雷接地施工質量不可靠或未安裝避雷器，電纜鎧裝、屏蔽層未進行直接有效的接地所造成。同時，電纜轉彎半徑過小容易損傷電纜絕緣及鎧裝，同溝鋪設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 故障現象

風電場集電線路地埋電纜一端連著箱變與風機，另一端與升壓站開關柜相連，而箱變高壓側電纜一般為一進一出，進線來自于上一臺箱變，出線去往下一臺箱變。所以，當集電線路出現故障時，對于主控室監控人員來說，主要直觀表現包括一臺或多臺風機、箱變通訊同時中斷或集電線路開關跳閘等，對于現場巡視人員來說，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象。當然，故障發生時，從后臺也能監控到電壓、電流異常波動，并觸發故障錄波。

2.2 故障查找

當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，應立即通知主控室對該集電線路停電，進而處理。若出現一臺或多臺風機、箱變通訊中斷的情況，在排除風機、箱變本身故障后，應在停電后到現場察看，是否為通訊中斷的所有箱變中第一臺高壓側電纜頭爆裂所致。

當出現集電線路開關跳閘時，由于一般集電線路較長，查找故障將較為繁雜。首先，應通過監控后臺及保護裝置報文確認保護動作情況，并結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。當相對地或相間絕緣電阻低于100kΩ時，為低電阻接地或短路故障；當相對地或相間絕緣電阻低于正常值較多，但高于100kΩ時，為高電阻接地故障；當相對地或相間絕緣電阻均正常時，應進行導體連續性試驗，檢查是否為斷線故障。由于集電線路較長，可通過解開若干臺箱變高壓側電纜頭進行逐段檢查，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故障點進行準備定位。

2.3 故障處理

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

3 施工及運維中地埋電纜故障預防措施

3.1 施工過程中預防措施

針對電纜常見故障類型，在施工過程中應從以下幾方面加強管控，最大限度降低電纜故障風險，同時當故障出現后便于維護：一是優化電纜鋪設路徑，防止重型車輛對運行中的電纜進行碾壓，減少跨道路和交叉鋪設；二是電纜溝開挖、回填、電纜放線和電纜頭制作應嚴格按規范和相關工藝施工；三是對于上、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械拉力；四是在電纜頭位置做好電纜預留，以便當故障電纜切除后可重新制作電纜頭，并根據需要設置電纜井對中間接頭進行保護；五是按照規范要求完成交接試驗，確保電纜各項電氣性能合格；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；七是在按規范要求設置電纜標樁，防止地埋電纜遭到人為破壞。

3.2 運維過程中預防措施

運維過程中，應加強電纜的日常巡視，重點關注負荷較大及高溫天氣下電纜運行情況，做好電纜頭紅外測溫工作，定期做好電纜預防性試驗，并對歷次試驗數據與交接試驗數據進行對比分析，判斷電纜的運行情況，以便及時發現故障隱患，將故障扼殺在萌芽狀態，確保地埋電纜安全穩定運行。

4 結語

正所謂“牽一發而損全身”，保障集電線路的安全穩定運行至關重要。而對地埋電纜來說，因其深埋地下，故障查找困難，消除故障更是耗時、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生的原因，指出故障排查與處理方法，并總結施工和運維過程中的預防措施，希望能為風電場工程建設及運行維護提供借鑒，提高風電場運行的穩定性。

參考文獻

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