風(fēng)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(fēng)電場35kV 集電線路長期暴露在野外，受大氣環(huán)境、氣候變化、人為破壞、前期施工影響等因素的影響，在風(fēng)場運(yùn)行中是故障多發(fā)設(shè)備。如何有針對性的預(yù)防和減少故障，在線路發(fā)生故障后如何快速、準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)并消除故障，是風(fēng)電場運(yùn)維人員的重點(diǎn)研究方向。為了達(dá)到快速、準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)并及時(shí)消除故障這個(gè)目的，除了有豐富的高壓線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以外，還必須對故障現(xiàn)象特點(diǎn)、所維護(hù)線路的特點(diǎn)、運(yùn)行環(huán)境、繼電保護(hù)知識等有關(guān)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(fā)故障的原因主要有雷擊、風(fēng)偏、污閃、冰閃、覆冰、外力、鳥害、其它等。本文主要是對風(fēng)電場35kV 系統(tǒng)展開討論，風(fēng)場35kV系統(tǒng)一般配置有接地變，該系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)。由于某些風(fēng)場機(jī)組距離升壓站位置較遠(yuǎn)，為節(jié)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(fēng)場經(jīng)常發(fā)生單相接地短路故障和相間短路故障進(jìn)行探討。

一、一般故障類別及原因

1.單相接地短路故障。此時(shí)觀察故障錄波圖，接地相出現(xiàn)相電流增大，相電壓降低，出現(xiàn)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(fā)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(fā)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(jìn)入、電纜接頭施工工藝不佳?，F(xiàn)場應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)及故障時(shí)的氣候環(huán)境進(jìn)行綜合分析。

2.相間短路故障。此時(shí)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(gè)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(fā)相間短路接地故障，此時(shí)故障錄波表現(xiàn)為短路兩相電流增大，電壓降低；出現(xiàn)零序電壓和零序電流。對架空線路而言，發(fā)生此類型故障的原因主要有風(fēng)偏、鳥害、底部有大型設(shè)備經(jīng)過等；對地埋電纜而言，發(fā)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(jìn)入、電纜接頭施工工藝不佳等?，F(xiàn)場應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)及故障時(shí)的氣候環(huán)境進(jìn)行綜合分析。

3.混合型故障。某條線路發(fā)生接地故障，相鄰線路也發(fā)生故障。此時(shí)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(fā)生的主要原因是兩條線路均存在絕緣薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)?shù)谝粭l線路故障時(shí)，故障相電壓降低，非故障相電壓抬高，導(dǎo)致母線非故障相電壓抬高，此時(shí)，由于相鄰的另外一條線路也存在薄弱環(huán)節(jié)，故也被擊穿。

二、故障查找

1.故障點(diǎn)初步確認(rèn)。故障發(fā)生后一般要及時(shí)記錄保護(hù)裝置的故障報(bào)文，包括那種保護(hù)動作及動作的電流大小。由于35kV線路不含距離保護(hù)，因此只能根據(jù)保文信息及故障錄波圖判斷故障的種類并大概估計(jì)故障發(fā)生的部位。對于階段試保護(hù)，若報(bào)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(fā)生在本段尾端，若報(bào)文顯示電流遠(yuǎn)大于本段的定值，而未達(dá)到上一段的定值，則基本可以判斷該故障發(fā)生在本段的首端。下面舉例說明：

某一風(fēng)場發(fā)生集電線路故障，故障報(bào)文顯示AB 相過流Ⅰ段動作，動作電流4.1A，查閱保護(hù)定值，過流保護(hù)一段定值為4A，由此判斷故障可能發(fā)生在線路的末端。于是首先對線路末端的箱變高壓側(cè)進(jìn)行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一臺箱變高壓側(cè)發(fā)生了相間短路。又某一風(fēng)場發(fā)生集電線路故障，報(bào)文顯示集電線路零序過流Ⅱ段動作，零序電流0.46A，而保護(hù)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(dá)15 公里，由于過流Ⅰ段的保護(hù)范圍的線路全長的80%-85%，又由于風(fēng)機(jī)箱變至風(fēng)機(jī)電纜很短，屬于過流Ⅱ段保護(hù)的范圍，相對于3公里（線路全長的20%）來說可以忽略不計(jì)，由此可以判斷故障可能位于Ⅱ段保護(hù)的末端部位，也就是靠近箱變處。結(jié)果現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)靠近一箱變的高壓電纜發(fā)生單相接地。

2.架空部分故障查找。對于一般風(fēng)電場而言，混合型集電線路一般靠升壓站一側(cè)為架空線路，距離較長，靠近風(fēng)機(jī)一側(cè)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(fā)生在架空線路部分還是發(fā)生地埋電纜部分，若判斷故障發(fā)生架空線路，則應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手排查：

若故障時(shí)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(jì)數(shù)器，架空線路一般只有線路首段和尾端裝設(shè)有避雷器，此時(shí)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(yīng)避雷器放電計(jì)數(shù)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(shí)為雨霧冰雪天氣，則有可能是絕緣子有橋接現(xiàn)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(yuǎn)近。此類故障一般屬于瞬時(shí)性故障，但由于風(fēng)場集電線路保護(hù)沒有重合閘保護(hù)，此時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行送電，應(yīng)對架空線路進(jìn)行絕緣測試，若單相接地故障后測得的三相絕緣相當(dāng)，且已經(jīng)達(dá)到兆歐級別，則可以對線路進(jìn)行試送。

其他情況，若故障發(fā)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(shè)備通過，由于安全距離不夠而引發(fā)放電。若故障發(fā)生在大風(fēng)天氣，則有可能是風(fēng)偏、漂浮物或者是對樹木放電，此時(shí)也應(yīng)綜合故障類別、電流大小進(jìn)行判斷，若決絕緣檢測不合格，則應(yīng)對全線進(jìn)行檢查。有條件的單位也可以通過故障定位設(shè)備進(jìn)行檢查。

3.地埋電纜故障查找。若故障發(fā)生在電纜段，則首先應(yīng)對發(fā)生故障概率較高的部位進(jìn)行檢查，比如電纜中間接頭、電纜分接箱、箱變高壓側(cè)等，這些部位一般也比較好檢查。若上述排查未找到故障點(diǎn)，則應(yīng)分段查找故障，由于地埋電纜是通過箱變高壓側(cè)接頭進(jìn)行轉(zhuǎn)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(jìn)行查找，最終可以找到故障電纜。接下來需要對該段電纜進(jìn)行準(zhǔn)確定位，此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)排查電纜轉(zhuǎn)彎部位、有地質(zhì)變動的部位或者施工時(shí)有輕微損傷的部位。對于斷線類故障可用電容法進(jìn)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(yīng)借助相關(guān)測試儀器進(jìn)行準(zhǔn)確定位或者該段地埋電纜開挖查找。

結(jié)語：風(fēng)電場集電線路故障的準(zhǔn)確定位是故障處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)場人員必須具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識和一定的故障處理經(jīng)驗(yàn)，儲備必要的儀器設(shè)備，掌握操作方法；同時(shí)也可以借鑒其他風(fēng)場或電力部門的故障處理經(jīng)驗(yàn)，爭取以最快的速度完成故障定位工作。