風電場35kV 混合型集電線路故障原因分析及定位探究

◎許湘如

風電場35kV 集電線路長期暴露在野外，受大氣環境、氣候變化、人為破壞、前期施工影響等因素的影響，在風場運行中是故障多發設備。如何有針對性的預防和減少故障，在線路發生故障后如何快速、準確地找到故障點并消除故障，是風電場運維人員的重點研究方向。為了達到快速、準確地找到故障點并及時消除故障這個目的，除了有豐富的高壓線路運行經驗以外，還必須對故障現象特點、所維護線路的特點、運行環境、繼電保護知識等有關知識有深入了解。

集電線路故障分為單相接地故障、兩相短路故障、兩相接地故障、三相短路故障、三相接地故障等5 種類別，最常見的是單相接地故障及相間短路故障。常見的引發故障的原因主要有雷擊、風偏、污閃、冰閃、覆冰、外力、鳥害、其它等。本文主要是對風電場35kV 系統展開討論，風場35kV系統一般配置有接地變，該系統是一個經小電阻接地的系統。由于某些風場機組距離升壓站位置較遠，為節約成本，在海拔較低的部位一般使用架空線路，在海拔較高的部位一般采用地埋電纜。本文主要就風場經常發生單相接地短路故障和相間短路故障進行探討。

一、一般故障類別及原因

1.單相接地短路故障。此時觀察故障錄波圖，接地相出現相電流增大，相電壓降低，出現零序電流、零序電壓；非故障相電倍，零序電流相位與故障相電流相位相同，零序電壓與故障相電壓相反。對于架空線路而言，發生此類型故障的原因主要有雷擊、懸式絕緣子污閃、冰閃、鳥害等；對地埋電纜而言，發生此類型故障的原因主要有雷擊、電纜分接箱或箱變有水氣進入、電纜接頭施工工藝不佳?，F場應根據工程特點及故障時的氣候環境進行綜合分析。

2.相間短路故障。此時觀察故障錄波圖，故障相的兩相電壓降低，電流增大，沒有零序電流零序電壓；兩個故障相電流為反相。對于電纜而言，兩相短路故障往往會引發相間短路接地故障，此時故障錄波表現為短路兩相電流增大，電壓降低；出現零序電壓和零序電流。對架空線路而言，發生此類型故障的原因主要有風偏、鳥害、底部有大型設備經過等；對地埋電纜而言，發生此類型故障的原因主要有電纜分接壓抬高到原來的 3

■箱或箱變有水氣進入、電纜接頭施工工藝不佳等?，F場應根據工程特點及故障時的氣候環境進行綜合分析。

3.混合型故障。某條線路發生接地故障，相鄰線路也發生故障。此時故障相零序電流的和等于流過接地變的零序電流。此種故障一般發生的主要原因是兩條線路均存在絕緣薄弱環節，當第一條線路故障時，故障相電壓降低，非故障相電壓抬高，導致母線非故障相電壓抬高，此時，由于相鄰的另外一條線路也存在薄弱環節，故也被擊穿。

二、故障查找

1.故障點初步確認。故障發生后一般要及時記錄保護裝置的故障報文，包括那種保護動作及動作的電流大小。由于35kV線路不含距離保護，因此只能根據保文信息及故障錄波圖判斷故障的種類并大概估計故障發生的部位。對于階段試保護，若報文顯示的電流大小略大于本段的定值，則可以判定該故障可能發生在本段尾端，若報文顯示電流遠大于本段的定值，而未達到上一段的定值，則基本可以判斷該故障發生在本段的首端。下面舉例說明：

某一風場發生集電線路故障，故障報文顯示AB 相過流Ⅰ段動作，動作電流4.1A，查閱保護定值，過流保護一段定值為4A，由此判斷故障可能發生在線路的末端。于是首先對線路末端的箱變高壓側進行檢查，結果發現有一臺箱變高壓側發生了相間短路。又某一風場發生集電線路故障，報文顯示集電線路零序過流Ⅱ段動作，零序電流0.46A，而保護裝置零序過流Ⅱ段定值為0.28A，零序過流Ⅰ段定值為10A。該線路距離較長，主線路長度達15 公里，由于過流Ⅰ段的保護范圍的線路全長的80%-85%，又由于風機箱變至風機電纜很短，屬于過流Ⅱ段保護的范圍，相對于3公里（線路全長的20%）來說可以忽略不計，由此可以判斷故障可能位于Ⅱ段保護的末端部位，也就是靠近箱變處。結果現場檢查發現靠近一箱變的高壓電纜發生單相接地。

2.架空部分故障查找。對于一般風電場而言，混合型集電線路一般靠升壓站一側為架空線路，距離較長，靠近風機一側為地埋電纜，距離相對來說較短。通過粗略定位，可以基本判定故障是發生在架空線路部分還是發生地埋電纜部分，若判斷故障發生架空線路，則應從以下幾個方面著手排查：

若故障時天氣為雷電天氣，則極有可能是雷擊故障，雷擊故障一般檢查避雷器及其放電計數器，架空線路一般只有線路首段和尾端裝設有避雷器，此時只需檢查收尾兩端的避雷器即可。故障電流大則先檢查首端，故障電流小則檢查尾端，若觀察到相應避雷器放電計數器燒壞痕跡明顯，則基本可以判斷該避雷器已被擊穿。

若故障時為雨霧冰雪天氣，則有可能是絕緣子有橋接現象。由于線路桿塔較多，故障定位一般比較困難，通常也可以通過電流大小判斷故障的遠近。此類故障一般屬于瞬時性故障，但由于風場集電線路保護沒有重合閘保護，此時不應強行送電，應對架空線路進行絕緣測試，若單相接地故障后測得的三相絕緣相當，且已經達到兆歐級別，則可以對線路進行試送。

其他情況，若故障發生在晴天，則考慮是鳥害，如鳥類群聚、鳥類糞便等，還有就是架空線路下部有大型設備通過，由于安全距離不夠而引發放電。若故障發生在大風天氣，則有可能是風偏、漂浮物或者是對樹木放電，此時也應綜合故障類別、電流大小進行判斷，若決絕緣檢測不合格，則應對全線進行檢查。有條件的單位也可以通過故障定位設備進行檢查。

3.地埋電纜故障查找。若故障發生在電纜段，則首先應對發生故障概率較高的部位進行檢查，比如電纜中間接頭、電纜分接箱、箱變高壓側等，這些部位一般也比較好檢查。若上述排查未找到故障點，則應分段查找故障，由于地埋電纜是通過箱變高壓側接頭進行轉接，為提高檢查效率，可以從該線路的中間箱變向兩端的方式進行查找，最終可以找到故障電纜。接下來需要對該段電纜進行準確定位，此時應重點排查電纜轉彎部位、有地質變動的部位或者施工時有輕微損傷的部位。對于斷線類故障可用電容法進行測量，若非故障相為A、B，故障相為C 相，測得A、B 相對地電容Ca=Cb，C 相對地電容Cc，則可以判斷故障部位在該段電纜的Cc/Ca 處。若上述方法仍然難以找到故障部位，則應借助相關測試儀器進行準確定位或者該段地埋電纜開挖查找。

結語：風電場集電線路故障的準確定位是故障處理的關鍵環節，現場人員必須具備扎實的基礎理論知識和一定的故障處理經驗，儲備必要的儀器設備，掌握操作方法；同時也可以借鑒其他風場或電力部門的故障處理經驗，爭取以最快的速度完成故障定位工作。