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摘要：随着各学科理论知识的高度发展，物理学理论也得到了空前的进步，在风电场领域等一些边缘学科也走进了人们的视野，本文则主要针对风电场集电线路的一些问题进行分析研究，着重研究了风电场架空线路和直埋式集电线路自身的优点和劣势，深入研究了高原山地风电场在实际运行过程中常常会产生的集电线路故障问题，并据此提出有效的解决思路。
关键词：风电场；集电线路；故障处理
引言：通常情况下谈到的集电线路是指风电场电能输送的通道，现如今对集电线路电能输送通常分为两种形式，其一是架空输电线路，其二是直埋集电电缆。对于架空输电线路技来说，其技术相对成熟，经济性能比较好，但缺点确实容易受天气状况的影响，比如雷击、覆冰、大风这样的天气状况下，由于空气中带有污秽、具有腐蚀性，就很可能造成集电线路跳闸，风电场在应用过中会受很多因素的影响。而对于直埋集电电缆来说，由于其自身不易受大风、大气污秽、雷击等气候状况的影响，发生故障的的可能性就会大幅度减少，在平时的生活中也只需对电缆终端、接头处进行简单的维护，其在施工、维护等方面的优点就立马体现出来，因此山地风电场就被广泛使用。
一、风电场集电线路保护的无选择性原因分析
风电场集电线路保护出现无选择性的主要原因就是风电场集电线路较短，大概就只有十几千米，在集电线路首端出现短路的情况时，短路造成的电流变化很小，保护的速动段仅通过电流定值无法判断出是线路故障还是箱变故障，无法进行有选择性的跳闸。对于这种状况的情况，如果仅仅是普通用户的线路，保护动作会先于跳闸过程，然后通过重合闸补救，而如果是风电场集电线路，因为风力发电机是不能重合闸的，这种方案就无法实施。
所以为提高保护选择性，现阶段一般使用的一方法都是是集电线路配短时限电流速断保护，电流定值按线路末端两相短路有灵敏度整定，时间定值按0.3 秒整定，这种方案在很大程度上提高线路保护的选择性，却不能根本解决保护选择性的问题。
这是由于熔断器保护具有反时限特性，它的短路电流的平方与动作时间成反比，集电线路短时限电流速断的延时时间不能与其精确配合，当箱变出现故障的时候，集电线路保护很可能会越级动作，使整个线路上的所有箱变停电。此外，当集电线路靠近中压母线侧故障时，由于集电线路保护设有0.3 秒的延时，保护不能快速起作用，但风力发电机定子侧电压多数会跌落至20%额定电压以下，此时风电机组已不具备低电压过渡能力（《风电场接入电力系统技术规定》要求：风电场内的风电机组具有在并网点电压跌落至20%额定电压时能够保持并网运行625 ms的低电压过渡能力），整个中压母线上的所有风电机组都有可能经短延时（100 ms）动作于跳闸，扩大了发生事故的范围。2011年，河北、甘肃风电基地风机大面积脱网事故的发生，与集电线路故障不能快速跳闸具有很大关系。
二、故障分析
集电线路电缆的故障问题相对很复杂，当出现问题时，需要系统的分析和准确的定位，找到出现问题的地方，进行准确的定位，然后根据不同的问题状况进行详细的系统分析，找出真正的症结所在，并在分析症结之后进行详尽的问题梳理，以此完成全部的故障分析。在此过程的分析判断过程中，我们先介绍下基本过程。集电线路电缆故障可概括为接地、短路、断线三类，其故障类型主要有以下几方面：三芯电缆一芯或两芯接地；两相芯线间短路；三相芯线完全短路；一相芯线断线或多相断线。当集电线路发生故障时，可通过检查保护动作情况和风机、箱变运行情况初步判断故障点。
要经过保护动作来判断故障。当集电线路电缆发生故障，首先由相应的保护动作跳开集电线路进线断路器，因此故障查找时应先根据保护动作记录、故障时间内集电线路上是否有工作和操作等初步判断故障情况。发生相间及三相短路故障，应由集电线路的过流保护或者速断保护切除故障，速断保护动作时，应注意检查开关柜进线及升压站附近电缆接头处是否因短路灼烧的痕迹。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆发生单相接地故障，应先由集电线路零序保护切除故障，考虑到现场保护整定配合问题，有可能会引起接地变或主变零序保护动作，对于经消弧线圈接地的风电场，应查看选线装置是否正确选线。此外，还需考虑单相故障发展为相间及三相故障的情况。
通过风机及箱变运行情况判断故障。注意查看风机监控系统是否在故障前后报故障，特别是风机变流器故障信号，可用来参考是否为风机及箱变故障。及时检查箱变高压侧熔断器是否熔断，低压侧断路器是否动作，非电量保护是否动作。若熔断器熔断或低压侧断路器跳闸，可进一步拉开箱变高、低压侧开关对箱变进行检查。
三、故障处理
若接地变零序保护动作或主变零序保护动作，不能确定故障线路时，可断开集电线路进线开关和箱变高压侧负荷开关对集电线路进线绝缘电阻测量的方法确定故障线路。若已确定故障线路，也可通过绝缘电阻测试的方法确定是单相接地故障还是相间故障。
1、直接接地和断线故障处理
对于直接短路接地、断线故障用绝缘电阻测量的方法判断。测量绝缘电阻时注意断开断路器后摇至“断开”位，与系统有明显断开点，测量前注意验电，测量完毕要对地充分放电。若需要拆除电缆进行测量时，必须先将需拆除的电缆按相做好标记，避免因误接线带来不必要的损失。
2、非直接短路和接地故障处理
对于非直接接地故障，可采用电缆故障测试设备对电缆进行分段检查，考虑到电缆故障多发生在分接头处，如电缆分接箱、箱变高压侧和开关柜出口等，分段检查时注意对电缆分接头的检查，找到接地点要注意先对各相电缆标记后再处理。若现场没有电缆故障测试设备，可采用以下方法查找故障：
（1）测声法。可采用直流耐压试验设备根据故障电缆放电的声音进行查找，此法对高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。用高压发生器充电到一定电压值，球间隙对电缆故障芯线放电，在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生“滋、滋”的火花放电声，可用助听器等音频放大设备进行查找。若已确定该集电线路电缆分接箱位置，加压时可在分接箱附近保证人员安全的区域听是否有放电声音。如果电缆分接头处仍然没有放电声音，可采取断开电缆分接头用上述方法继续分段查找故障。
（2）大电流烧灼法。考虑到电缆故障点需重新处理，可在找不到故障点的情况下采用此方法。在故障相的芯线对地之间加5A 左右电流（交直流均可），一定时间后击穿点就会鼓包或者炸开，沿集电线路走向就能找到故障点。该方法有一定的局限性，若故障点的电阻太大，可能会加不进电流；对于地埋电缆或穿管电缆，必须先用其他办法对故障点初步定位，否则位置不确定会导致开挖工作量很大。
故障点找到后，应先对故障线路进行标记再对电缆接头进行处理，处理时注意施工工艺，使用合适的备件进行更换，恢复时注意夯土结实，避免雨水冲刷导致电缆受力。此外，应经常对集电线路进行巡检，及时发现问题。
结语：查找集电线路故障，首先应该根据运行操作、现场工作、天气情况保护动作等情况来综合判断，初步找出故障点，再一个一个的排查故障。因为集电线路施工工艺问题及常年位于强腐蚀、高盐和潮湿区域，发生故障时首先要进行检查。待故障处理之后，要及时对排查的过程进行总结，记录故障接地点的位置、现象、集电线路各段电缆长度和型号。条件具备时，可用GPS定位仪对查找故障过程中找到的分接头进行记录并定位，有助于后期的维护。
参考文献：
[1] 陈景彦.输电线路运行维护理论与技术[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2] 李鹏，张渊.浅谈风电场集电线路的设计与研究[J].城市建设理论研究，2013.
[3] 戴文杰.关于风电场集电线路型式的选择探讨[J].科技风，2015（17）.
论文作者:周玉忠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/25
标签：故障论文; 电线论文; 电缆论文; 风电场论文; 动作论文; 线路论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第8期论文;