束秋节
华润电力控股有限公司 广东深圳 518001
摘要：近几年，传统的火力发电厂由于环保污染治理、政策调控和煤价快速增长等因素，多数电厂已经出现行业性的经济亏损。发展清洁能源占比装机容量越来越高，新能源风电场建设投产速度不断被刷新。由于风电场建设选址多为山林、草原、戈壁及沿海等气象条件恶劣的地区，相比电气故障数量较城市供配电要高很多。本文例举了华润电力所属新能源风电场，在建设运营过程中出现的一些典型电气故障案例，以及提出了相应预控技改建议，可以为新能源电气专业人员提供相应借鉴意见。
关键词：风电场；故障；典型；技改；建议
引言
华润电力新能源风电场2015年共发生电气故障跳闸148次，总故障时间为5552.25h，致使风机停机时间77505.81h。其中10-35kV集电线路故障128次，110-330kV送出线路故障10次，供配电装置故障5次，风机变压器故障4次，二次设备故障1次。定性为二类障碍及以上安全事故77次。2013-2015年电气设备故障次数对比表见表1：
故障总数较2014年同期相比增加35次，集电线路故障次数依然较多，线路安全运行受自然灾害影响较大。集电线路故障跳闸的主要因素为台风、冻雨覆冰、雷灾和电缆头绝缘击穿，其中因台风、冻雨覆冰影响故障跳闸32次，雷击故障跳闸42次。
1.集电线路故障概述
我公司2015年共发生128次集电线路电气故障跳闸，其中永久性故障69次，瞬时性故障59次。故障数量排在前三位是：雷击瞬时故障37次，绝缘击穿30次，脱落断裂21次。
主要影响因素：1）前期集电线路设计未充分考虑风电场环境影响，后期技改难度大；2）主要故障集中在电缆头故障、引线脱落断裂，架空线路的抗风、抗冰、防雷能力较低。2013-2015年集电线路故障分类对比表见表2：
2.架空线路覆冰倒塔
S区域分公司A、B、C风电场2015年4月以来遭遇多次雨雪冰冻灾害天气，集电线路及杆塔出现覆冰80-200mm的异常严酷状况，且现场风速超过覆冰风速设计值（风速10m/s时允许覆冰10mm），最大风速35m/s，大大超出杆塔允许的设计承载强度，导致引发大面积倒塔。A风电场2015年共计35基杆塔弯曲、变形，17基倒塔；B风电场2015年2基杆塔弯曲、变形，1基倒塔；C风电场2015年共计14基杆塔弯曲、变形，5基倒塔。现场情况见图1、图2。
图1 线路杆塔覆冰情况 图2 线路杆塔倒塔
预控技改建议：
①建议在线路中易受极端天气影响的微地形地段优先考虑选用电缆。
②原先设计采用的Q235钢材均升高规格至Q345（Q235—普通碳钢，屈服强度下限为235MPa，主要用于心部强度要求不高的渗碳或氰化零件；Q345—低合金钢，屈服强度下限为345MPa，综合力学性能良好，耐低温性能强，主要用于承受动荷的结构零件）。
③ADSS通讯光纤挂点重新调整，减少塔头受力。
④杆塔路径选择：路径方案选择在保证安全的前提下，应通过技术经济比较确定，并力求避开严重覆冰地段。路径选择应尽量做到：避开调查确定的覆冰严重地段和覆冰污秽地区；沿起伏不大的地形走线；避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰的地带；避免大档距、大高差；通过山岭地带，宜沿覆冰时背风坡或山体阳坡走线；耐张段不宜太长，一般不应超过3km；转角角度不宜过大。
⑤金具选择：为减轻或防止不平衡张力、脱冰跳跃和舞动对导线的损害，宜采用预绞丝护线条保护。不得使用非固定型线夹，导线使用重锤应采用固定型。金具机械强度的安全系数不应小于：最大使用荷载情况按2.5设计，断线、断联、验算情况按1.5设计。
⑥导线、地线设计：导、地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5，在悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。地线（含OPGW）的设计安全系数，应大于导线的设计安全系数。地线的过载能力不宜小于导线。重冰区线路不应采用全介质自承式光缆（ADSS）。采用复合型光纤地线（OPGW）应满足脱冰跳跃及过载对其机械强度的要求。
⑦杆塔型式设计：重冰区线路宜采用单回导线水平排列的杆塔，不宜采用下列型式的杆塔：导线非对称排列的杆塔；导线与地线无水平偏移的杆塔；塔身断面非正方型铁塔。
3.架空线路防雷问题
2015年度共发生雷击故障跳闸42次，主要原因是架空线路防雷设计偏于保守，杆塔接地阻抗过高，集电线路施工不规范，监理及工程验收环节失控等因素造成，导致线路整体防雷能力差，易发生雷电反击、绕击。
预控技改建议：
①加装线路避雷器，在线路中选取合理的保护档距，优先在最高点杆塔、转角塔、终端塔装设避雷器，单地线塔型在杆塔上端横担装设横向避雷针。
②选择性安装耦合地线，建议优先选择地埋式地线，同时可降低接地阻抗，以达到更高的耐雷水平。
③雷击重灾区增加绝缘子片或增爬伞群，增加爬距及电气间隙，提高线路绝缘水平，并保证绝缘子盐密符合相关污秽等级要求。
④确保整条35kV集电线路绝缘子、避雷器、跳线、电缆头等安装符合规范，户外电气间隙大于400mm。确保避雷线与杆塔的有效固定连接，保证防雷通道的完整性。
⑤降低杆塔的接地电阻，雷击重灾区针对性提高设计施工要求，山顶处和风机终端杆塔宜小于4欧姆，其余杆塔宜小于10欧姆，以提高线路雷电流释放通道通过性。以异频法、冲击阻抗法、工频大电流法测试验收值为宜。
⑥后期建设建议优先选用塔顶双回避雷线的塔型，以增加防雷保护范围。
4.电缆头问题
针对我司集电线路电缆故障跳闸次数较多，主要原因是部分工程电缆头施工制作工艺差（见图3），验收把关不严，运行环境差等。部分风电场单段电缆较长，超过10km，故障查找费时费力。L风电场2014-2015年对集电线路电缆开展分接箱技改，实践证明，技改后电缆故障次数明显降低。
图3 电缆头击穿示例
预控技改建议：
①新投运电缆严格执行标准GB50150-2006第18.0.5要求，优先采用20—300Hz进行交流耐压试验，35kV橡塑电缆按2U0/60min进行。已投运电缆预试或重新制作电缆头时按1.6U0/60min进行。不宜使用直流或超低频耐压进行试验验收。
②长距离电缆每2km内（根据中间头位置调整）装设一台电缆分接箱，遇故障时方便快捷查找故障点。
③电缆中间头应设有中间井，做好防潮防水措施，禁止直埋电缆中间头。
④改善箱变高压侧连接电缆终端头运行环境，因箱变内部空间狭小，不宜T接2回以上电缆运行。
⑤委托外单位重新制作电缆头时，需安排有制作经验的人全程监督。
5.其它电气故障典型案例
5.1送出线路杆塔倾斜
X风电场110kV送出线路采用双回架空线路单侧挂线共23基杆塔，其中16基直线塔发生不同程度倾斜（倾斜方向为单侧挂线侧），发生倾斜点为主塔身和塔头连接处，其中#9、#10、#13杆塔倾斜程度较严重，其他杆塔不同程度倾斜，现场情况见图4。
图4 110kV线路杆塔倾斜示例
工程双回路铁塔均采用的国家电网典型设计中的1J模块，设计导线型号2×LGJ-240/30，地线型号LJB1-95，1J-SZ1设计水平档距350m，设计垂直档距450m。由于杆塔用于单侧挂线，设计时杆塔选型未充分评估。加工工艺误差和施工误差加剧了铁塔的形变。风电场已于2015年12月对问题杆塔拆除重建。
预控技改建议：在后续工程建设工程中应尽量避免此类塔型单侧挂线，缩短档距，严格控制施工工艺误差。
5.2箱变结构设计缺陷
Y风电场二期箱变使用是某知名公司的生产风力发电组合式变压器，型号ZB（F）A-Z-1600/35，变压器生产厂家分包给Z公司。箱变设计极为紧凑，避雷器在下端，当电缆与箱变接线连接时，无法完全有效避开避雷器的高压一次部位。装设两回以上电缆尚已非常紧凑，无法保证安装后达到标准所规定的安全距离（详见图5、图6）。
图6 35kV缺陷箱变接线结构图
预控技改建议：在招标采购阶段严格审查图纸，施工验收严格执行相关标准，避免再次出现此类问题。
5.3户外插拔式避雷器
R风电场箱变避雷器采用插拔式避雷器，因风电场地处海边，潮湿凝露导致多起避雷器外闪故障。建议在沿海风电场新建工程选用大爬距氧化锌避雷器。
5.4共箱母线绝缘问题
运营期多个风场出现共箱母线绝缘问题，主要是裸露带电部分电气间隙不符国家标准（见图7，标准要求大于300mm，现场实际只有200mm），且无有效绝缘隔离，建议新建项目重点关注，并严格控制交接验收试验环节。
图7 共箱母线绝缘隔离缺陷
5.5跌落保险
我司早期集电线路工程采用普通跌落保险，防风能力差，经运营部推进技改建议，采用防风型跌落保险，截止2015年底，各风场已全部技改完毕，故障隐患消除。建议后续新建工程应引起注意，直接采购防风型跌落
论文作者:束秋节
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/6
标签：杆塔论文; 故障论文; 电缆论文; 技改论文; 地线论文; 线路论文; 避雷器论文; 《防护工程》2018年第21期论文;