风电场集电线路地埋电缆常见故障分析与处理刘二伟

风电场集电线路地埋电缆常见故障分析与处理刘二伟

刘二伟

北京金风科创风电设备有限公司北京100000

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风电场建设越来越多。风电场集电线路是工程的重要组成部分，在风电场建设中，一条集电线路所带风机少则七、八台，多则十余台，一旦集电线路出现故障，必将“连累”该集电线路所有风机脱网，造成发电量损失；因地埋电缆线路为隐蔽工程，深埋于地下最少70cm以下，所以如果发生故障，故障查找和处理均较为繁杂。该文主要对风电场集电线路地埋电缆常见故障及原因进行梳理，并就故障查找及预防提出建议。

关键词：风电场；集电线路；地埋电缆；故障分析；处理方法

引言

箱式变压器和场区高压电缆是风电场电力传输系统的桥梁部分，箱变和高压电缆的稳定运行，关系到风电场场区电气设备的安全与稳定。风电场集电线路一般采用10kV和35kV电压等级，有的风电场全部采用电缆地埋方式，也有的箱变与输电主干线之间选用电缆方式，输电主干线采用架空线方式。风电场场区高压电缆主要故障有：中间接头单相接地、相间短路并接地、三相短路接地；电缆终端接头单相接地、相间短路等故障。目前风电场地埋电缆出现故障较多的是单相接地故障。风电场高压电缆头由于设计、施工工艺、设备质量、所处地理环境等多方面原因，导致高压电缆故障，故障出现后，造成风电机组紧急故障停机，或直接作用于升压站输电线路开关跳闸，造成整条输电线路停运，严重时，造成整个风电场停运，更严重时，影响周围多个风电场运行。对风电机组和电网的安全与稳定造成影响。

1集电线路地埋电缆故障类型

1.1电缆接地故障

风电场集电线路在电力电缆接地断裂过程中，若未能对电缆运行过程中的各类安全隐患进行全面消除，将对人员安全造成严重威胁。通过整治断裂的接地线，确保电缆运行趋于稳定化和正常化，使其在故障产生过程中故障电流被不断释放，起到对电缆和操作人员的双重保护。针对室内电缆头接地不达标故障，要在电缆头铁件位置进行相关安装，并在电缆沟两侧墙上以膨胀螺丝对铁件进行固定。在故障产生期间，应尽可能的避免接入故障电流，阻碍其对电缆本体保护作用的发挥，并减少对电缆使用性的破坏。如果在非正常接地情况下，一旦发生严重的电缆故障，将威胁周围人员生命财产安全。在后期接地验收过程中，相关验收人员应对自身工作态度、行为及作业流程高度负责，严把质量关，通过对相关改善计划的制定，根治接地隐患。

1.2电缆绝缘降低或击穿

电缆因为绝缘降低或击穿而造成相间、相对地短路也是电缆中较为常见的故障，造成故障的原因主要来自于机械损伤、绝缘老化、过电压和未按规范施工等方面。其中机械损伤在电缆绝缘故障原因中占比最重，效果也最明显，主要是施工过程中人为操作不当或未按规范施工，如电缆放线中存在强拉硬拽、车辆碾压、石块、树枝割伤等野蛮施工行为造成电缆绝缘甚至铠装受损，电缆沟回填深度不够，或未按铺沙、盖砖、软土分层夯实的要求严格进行回填，而是代之以树枝、石块、杂物等重物回填，都为电缆故障埋下深深的隐患，同时，电缆在上、下坡处因回填土沉降、冲刷等原因，也容易使电缆绝缘及铠装承受机械拉力而受损。绝缘老化的主要原因来自于酸碱土壤的化学腐蚀致使保护层失效，绝缘降低，长期过负荷运行，过高的温度也会加剧绝缘的老化。而工作过电压和雷击过电压造成绝缘故障是因为防雷接地施工质量不可靠或未安装避雷器，电缆铠装、屏蔽层未进行直接有效的接地所造成。同时，电缆转弯半径过小容易损伤电缆绝缘及铠装，同沟铺设电缆间距太近不利于散热，电缆相互靠近或交叉间距太小，产生“交流电蚀”，都是造成电缆绝缘降低乃至击穿短路的原因。

2集电线路电缆故障处理

2.1电力电缆故障的带电诊断

就目前来看，电力电缆带电诊断模式有很多，常见的包括电阻电桥诊断、冲击放电诊断和交流差动电桥诊断这三种，在此笔者将对这三种电力电缆带电诊断模式展开详细论述。对于电阻电桥诊断来说，主要是利用电阻大小与电缆长度之间关系分析电力电缆故障，同时对比电力电缆不同时期运行状况，找出电力电缆故障点。对于冲击放电诊断来说，主要是利用定点仪对电力电缆进行故障点检测，全面落实电力电缆带电诊断的目标。同时还需要对电力电缆实施冲击高压处理，根据冲击高压对电力电缆产生的声音判断电力电缆是否存有故障，并根据冲击高压声音高低判断电力电缆故障点。对于交流差动电桥诊断来说，主要应用于电缆断线故障诊断当中。在开展相应带电诊断时，相关人员应利用同规格的电缆芯线对电力电缆电容量和长度等方面实施有效检测，并在这个过程中利用交流差动电桥诊断方法对电力电缆中的电容比值展开有效检测，确定电力电缆故障点，确保相关人员能够更好地处理相应故障。

2.2故障点烧穿技术

就目前来看，应用于电力电缆故障点的烧穿处理技术主要有交流烧穿技术和直流烧穿技术这两种，这就需要对这两项电力电缆故障点处理技术实施全面分析，确保相关人员能够灵活的应用这两项烧穿技术处理电力电缆长时间使用过程中出现的故障点。对于交流烧穿技术来说，其对于电力电缆烧穿设备的容量有很高的要求，并保证电力电缆在使用过程中电流能够在同一个周期中两次经过零点位置。而且应用该种烧穿技术还能保证电力电缆绝缘效果在短时间内恢复正常，故障点电阻迅速增加，使得电力电缆故障点烧穿。有效解决电力电缆在长时间使用过程中产生的故障，继而控制外在因素对电力电缆产生的影响。对于直流烧穿技术来说，应保证电力电缆中故障点电阻变化的稳定性，避免电力电缆故障点电阻过度降低。尽管这种烧穿技术与交流烧穿技术相比具备一定优势，但是也会导致电力电缆声测定位出现问题，影响电力电缆故障点查询的及时性。为此，在对电力电缆故障点实施烧穿处理时，应要求相关人员应深入分析电力电缆使用效果和电流运行变化，据此选用更为合理的故障点烧穿技术。

2.3故障的排除方法

在电缆故障测距中，存在距离误差，在电缆线路图的测绘中也存在误差。根据定位结果判断故障点的位置，减少开挖工作量。如果能够进行准确的故障定位，则可以使用声音定位方法、脉冲信号产生以及声磁信号的同步接收。

3集电线路电缆故障的预防

3.1地埋高压电缆典型故障情况

风电场场区地埋电缆故障主要有：耕地挖沟时的机械损伤、电缆直埋深度不够、电缆在放线过程中绝缘层损伤。其中故障率最多的是地埋电缆中间接头故障，地埋电缆中间接头与电缆本体相比，接头处是薄弱环节，其故障率约占电缆线路故障80%以上。电缆中间接头材料缺陷或制作工艺上的缺陷、绝缘老化变质、连接点的压接管接触面电阻大而发热、雨水浸泡造成电缆中间接头或电缆绝缘护层受伤处绝缘受潮、电网电压波动时、造成电缆中间接头绝缘薄弱处绝缘击穿等原因，形成断相、对地击穿放电、相间短路等故障。故障发生时发电线路开关跳闸引起电压波动，有的造成相邻发电线路或整个风电场开关跳闸。对风电机组和电网造成一定的影响。根据地埋电缆中间接头因外保护热缩护套和塑料管内存在积水的问题，在修理地埋电缆中间接头时，取消了硬塑料保护管和热缩电缆外护套，改为沥青防水。自此消除了此类典型故障。

3.2施工过程中预防措施

针对电缆常见故障类型，在施工过程中应从以下几方面加强管控，最大限度降低电缆故障风险，同时当故障出现后便于维护：一是优化电缆铺设路径，防止重型车辆对运行中的电缆进行碾压，减少跨道路和交叉铺设；二是电缆沟开挖、回填、电缆放线和电缆头制作应严格按规范和相关工艺施工；三是对于上、下坡电缆呈S型摆放，并加装固定桩，防止电缆因回填土下沉或雨水冲刷而承受机械拉力；四是在电缆头位置做好电缆预留，以便当故障电缆切除后可重新制作电缆头，并根据需要设置电缆井对中间接头进行保护；五是按照规范要求完成交接试验，确保电缆各项电气性能合格；六是做好电缆铠装及屏蔽层接地，在电缆两端安装避雷器，做好雷击过电压和工作过电压防护；七是在按规范要求设置电缆标桩，防止地埋电缆遭到人为破坏。

3.3加强电缆线路日常维修管理

若要保证电缆线路维修工作开展的顺畅性，需加快完善相关维修管理制度的制定，以相关电缆线路维修管理标准对当前制度内容及形式进行完善。对于电力系统性能的提升而言，电缆线路维护是主要路径之一，在实际维护过程中，应率先制定好统一的维护方法，明确电力企业内部各部门的职能，确保各部门任务开展过程中的标准性及规范性，各司其职，认真完成各项电缆线路维修任务，并努力促使电缆线路维修工作和管理工作逐渐朝规范化方向发展。例如在电缆线路维护过程中，需要更换已经老化的线缆，相关部门要及时将新的电缆准备好，以便施工技术人员能够及时对老化电缆线路进行更换。提高电缆线路维修队伍的综合能力水平。在电力工程电缆线路维修工作开展过程中，需加快建立一支高素质、高水平的监管队伍，且作为电缆线路故障维护工作的核心职能部门，相关技术人员应围绕当前电缆线路维护工作，成立专门的维修、抢修队伍，及时更新掌握了解最新电缆线路运行状态，以有效保证电缆线路故障时在第一时间做出应急反应。同时，增强对现阶段电缆线路及电缆故障相关知识的学习，结合实际工作经验，探究并总结电缆线路故障产生原因，确保电缆线路迅速恢复正常，最大限度的避免其对周边社会生产生活的直接影响。

结束语

综上所述，正所谓“牵一发而损全身”，保障集电线路的安全稳定运行至关重要。而对地埋电缆来说，因其深埋地下，故障查找困难，消除故障更是耗时、耗力，该文以地埋电缆为例，分析了电缆头爆裂、电缆绝缘击穿等常见故障发生的原因，指出故障排查与处理方法，并总结施工和运维过程中的预防措施，希望能为风电场工程建设及运行维护提供借鉴，提高风电场运行的稳定性。

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