淺析風(fēng)電場集電線路常見故障及預(yù)防措施

尹維召，鄧宏綱，李世棟

（中節(jié)能風(fēng)力發(fā)電（河南）有限公司，河南 鄭州 450001）

1 前言

隨著全球資源、能源和環(huán)境問題的日益突出，以風(fēng)力發(fā)電為代表的可再生清潔能源越來越受到世界各國的高度重視，風(fēng)力發(fā)電的市場規(guī)模也在不斷增加，截止2020年底，全國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模已接近3億千瓦。并且隨著“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”戰(zhàn)略的提出，未來數(shù)十年內(nèi)風(fēng)電行業(yè)還將得到大力發(fā)展。

但隨著國家財(cái)政在2020年和2021年分別對(duì)陸地風(fēng)電和海上風(fēng)電退出補(bǔ)貼，風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的盈利能力急劇下降，各風(fēng)電企業(yè)都在積極采取各種手段進(jìn)行“降本增效”。

集電線路是風(fēng)電場的重要組成部分，其一旦發(fā)生故障，就會(huì)造成整條線路甚至全場脫網(wǎng)，帶來的損失較大。集電線路故障引起的停機(jī)時(shí)間占風(fēng)電場設(shè)備總故障時(shí)間的一半左右。尤其是在內(nèi)陸地區(qū)的風(fēng)電場，由于風(fēng)電機(jī)位分散、集電線路長、人口稠密、生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)多、樹木多、雷雨天氣多，使得集電線路的故障居高不下。集電線路主要包括引流線、桿塔和主干線纜3部分，本文分別從這3部分對(duì)集電線路常見故障進(jìn)行分析，并提出預(yù)防措施，以期提高輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低風(fēng)電場的運(yùn)營成本。

2 引流線主要故障及預(yù)防措施

引流線就是將風(fēng)機(jī)發(fā)出的電，順著桿塔接到主干線上。引流線雖然短，但卻容易出現(xiàn)故障，其故障主要有：電纜頭擊穿、引流線斷線和跌落保險(xiǎn)故障等。

2.1 電纜頭擊穿

電纜頭擊穿的原因主要有：電纜頭型號(hào)不合適，電纜頭質(zhì)量不合格和施工工藝不正確等。預(yù)防電纜頭擊穿的措施有：在室外環(huán)境惡劣的地方，要采用冷縮型電纜接頭，增加接頭的防水和防潮性能，要選用質(zhì)量較好的電纜頭品牌和供應(yīng)商，同時(shí)在電纜頭制作時(shí)要嚴(yán)格按照GB12706.3的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品說明書的要求執(zhí)行，保證施工質(zhì)量。同時(shí)可以在接頭處安裝基于紅外傳感原理的電纜頭溫度在線監(jiān)測裝置，通過溫度監(jiān)測判定接頭的健康狀況，預(yù)防故障的發(fā)生。

2.2 引流線斷線

引流線斷線的主要原因有：固定支撐少、引流線型號(hào)不合適和接線端子壓接時(shí)損傷了電纜而后期又未做保護(hù)措施等。預(yù)防引流線斷線的措施有：根據(jù)風(fēng)場所在地區(qū)風(fēng)力的大小，適當(dāng)增加絕緣支撐的密度，引流線盡量選用帶鋼芯的導(dǎo)線，增加線纜自身的抗風(fēng)性，接線端子可以選用如圖1所示尾部加長型的，以免壓接時(shí)損傷的線芯因頻繁彎折而斷裂。同時(shí)在截取引流線時(shí)要有一定的預(yù)留量，以防接頭擊穿或斷線后復(fù)接時(shí)長度不夠而造成整條線纜報(bào)廢。

圖1 尾部帶保護(hù)的接線端子

2.3 跌落保險(xiǎn)故障

跌落保險(xiǎn)故障通常是因?yàn)榈浔ｋU(xiǎn)觸頭接觸的位子尺寸不匹配，大風(fēng)天氣時(shí)來回振動(dòng)造成脫落甚至燒毀。預(yù)防跌落保險(xiǎn)故障的措施是選用型號(hào)匹配的產(chǎn)品，按施工工藝要求進(jìn)行安裝。

3 桿塔主要故障及預(yù)防措施

常見的線路桿塔主要有木桿、水泥桿、金屬桿和鐵塔等，目前以鐵塔應(yīng)用最多。桿塔常見的故障主要有雷擊、鳥害和倒塌等。

3.1 雷擊引起的故障

雷擊通常有兩種形式：一是雷直接擊中桿塔或避雷線，強(qiáng)大的電流使桿塔和避雷線的電壓瞬間上升，桿塔與導(dǎo)線的電壓差超過絕緣子的閃絡(luò)電壓，絕緣子產(chǎn)生閃絡(luò)，造成線路及附件的損壞；二是雷擊桿塔附近的大地，由于空間電磁場的急劇變化，導(dǎo)致桿塔及相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，而導(dǎo)致線路及附件的損壞。預(yù)防雷擊故障的措施有：在雷電較多的風(fēng)電場，架空線路要全線安裝避雷線，桿塔接地電阻滿足設(shè)計(jì)要求且要盡量小，在雷擊較多的桿塔尤其是終端塔處要加裝避雷裝置。

3.2 鳥害引起的故障

隨著國家生態(tài)保護(hù)做的越來越好，鳥類的種群數(shù)量急劇增加，因鳥類活動(dòng)而引起的輸電線路故障也越來越多，鳥害主要是鳥類喜歡在線路桿塔上筑巢而引起的導(dǎo)線搭接或絕緣子閃絡(luò)。預(yù)防鳥害的主要措施是對(duì)其進(jìn)行驅(qū)離，使其遠(yuǎn)離桿塔活動(dòng)。目前驅(qū)離鳥類的裝置主要有：視覺類、聽覺類、嗅覺類、超聲波和物理隔絕類等，其中視覺、聽覺和嗅覺類隨著使用時(shí)間的延長，容易被鳥類適應(yīng)，此類驅(qū)鳥裝置具有時(shí)效性，目前超聲波驅(qū)鳥裝置（如圖2）能對(duì)一定區(qū)域面積的鳥類具有驅(qū)離作用，不易被鳥類適應(yīng)，但它有驅(qū)離死角。物理類（如鳥刺）只能對(duì)某個(gè)點(diǎn)有較好的作用，驅(qū)離范圍小。所以在鳥害嚴(yán)重的桿塔上可以采用超聲波與物理驅(qū)離相結(jié)合的方式，作用范圍大、時(shí)間長久，重點(diǎn)位置效果好。

圖2 超聲波驅(qū)鳥裝置

3.3 倒塔

倒塔事故的發(fā)生主要由地質(zhì)原因或水土流失而引起的基礎(chǔ)沉降，以及設(shè)計(jì)、材料或施工而引起的質(zhì)量問題。預(yù)防方式有：在設(shè)計(jì)階段要充分考慮塔基所在的地質(zhì)狀況，盡量避免在易沉降地區(qū)設(shè)置塔位，考慮氣候及降雨情況，做好基礎(chǔ)的防水土流失措施，在轉(zhuǎn)角塔等重要塔位增加斜拉線和支撐，做好進(jìn)場材料的抽檢和施工過程的管理，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。另外還可以在重點(diǎn)塔位安裝沉降觀測裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的沉降并進(jìn)行補(bǔ)救，預(yù)防倒塔事故的發(fā)生。

4 主干線纜主要故障及預(yù)防措施

目前集電線路的主干線主要有架空導(dǎo)線、地埋電纜以及二者結(jié)合的方式。架空導(dǎo)線成本低，故障查找方便，但在一些無法穿越的地區(qū)就必須采用地埋絕緣電纜。

4.1 地埋電纜

地埋電纜的主要故障就是絕緣擊穿，而造成該故障的主要原因是由施工不規(guī)范引起的。例如轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的磕碰，彎曲半徑小于要求的最小彎曲半徑，牽引力過大，野蠻拖拽導(dǎo)致護(hù)套和絕緣損傷，接頭未做好防水措施導(dǎo)致電纜進(jìn)水等。預(yù)防措施是做好到場電纜的試驗(yàn)與檢測，嚴(yán)格按照GB50168的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范施工，電纜存儲(chǔ)時(shí)要做好防護(hù)，地埋電纜要有方位標(biāo)識(shí)，接頭處應(yīng)有定位。

4.2 架空導(dǎo)線

架空導(dǎo)線的主要故障是后期因?yàn)闃淠旧L，新增加構(gòu)筑物而導(dǎo)致的安全距離不夠，以及由于導(dǎo)線舞動(dòng)或者金具質(zhì)量而引起的導(dǎo)線墜落。架空導(dǎo)線故障的預(yù)防措施主要有盡量避免穿越有高大樹木的區(qū)域，必須穿越時(shí)采取增加桿塔高度或采用絕緣電纜的方式進(jìn)行，以減輕后期可能出現(xiàn)的安全距離不夠的問題。空曠地區(qū)線路走向盡量與主方向成45°以下的夾角，減少導(dǎo)線舞動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。嚴(yán)把進(jìn)場金具的質(zhì)量和施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

隨著風(fēng)電不斷向內(nèi)地、西南山區(qū)和沿海地區(qū)發(fā)展，引起集電線路故障的因素越來越多。本文從線路的3個(gè)主要組成部分出發(fā)，分別對(duì)其故障類型和故障原因進(jìn)行了分析，并且從設(shè)計(jì)、材料、施工和監(jiān)測等方面提出了諸多預(yù)防措施，以期通過事前預(yù)防，提升集電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少故障的發(fā)生，提升風(fēng)電場的效益。