关于某风电场 17#、 46#风机电缆故障的分析研究

高杨 1 李健兵 2

1身份证号： 13072619911024****; 2身份证号： 13112619900409****

摘要：根据某风电场17#、46#风电机组发生的两次同类型电缆故障，通过故障发生、处理及恢复过程中遇到的问题及难点，对其进行深入分析与研究，制定防范措施计划，防止同类型故障再次发生，保障某风电场风电机组安全稳定运行。

关键词：电缆；保护；防范措施；

某风电场46#、17#分别于2019年07月、12月报出同类型故障，均为风电机组至箱变连接电缆中间有接地现象导致电缆、电缆头烧毁。本文主要对2019年12月02日17#风机报出故障进行阐述，结合2019年07月06日46#风机相同故障共同进行研究，制定防范措施。

1 某风电场17#风电机组故障情况

2019年12月02日12:14，某风电场值班人员王某发现风机SCADA后台监控报警，报文为17#风电机组报出【SC03-05-188】变频器电网过压保护故障，立即通知检修班长孙某及风机客服徐某，随即检修班长孙某联系风机客服徐某准备前往现场进行检查。

2019年12月02日12:29，17#箱变监控报出高压室烟雾报警信息，12:33，报出低压室烟雾报警发生告警，12:44，报出低压开关故障信号发生，低压侧断路器跳开。后查证箱变测控装置时间不正确，比北京时间快30分钟，通过换算后，实际信息是2019年12月02日11:59，17#箱变监控报出高压室烟雾报警信息，12:03，报出低压室烟雾报警发生告警，12:14，报出低压开关故障信号发生，低压侧断路器跳开。

2019年12月02日13:40，某风电场检修班长孙某、检修员韩某、风机客服李某到达17#风电机组现场检查故障情况，检查发现箱变低压侧断路器跳闸，最右侧B相电缆过热变色，线鼻子绝缘胶带熔化。进入风机检查发现风机并网柜下方四根并接B相动力电缆头烧毁，风机基础电缆穿管处电缆绝缘损坏，钢铠外漏。检修班长孙某拉开高压侧负荷开关与高压侧隔离开关后进入箱变基础检查基础内电缆，发现一根电缆外绝缘发黑，呈烧灼状。确认需开挖地埋电缆并更换新电缆，随即联系施工单位进场抢修。

施工单位于2019年12月03日19:00到场，办理好入场手续后天色较晚，担心施工过程中损坏通讯光缆，故未立即处理故障。

2019年12月04日06:40，运检人员及施工单位到达17#风机现场，开始更换箱变至风机并网柜的地埋电缆，重新压接电缆头，在施工中发现相邻电缆在风机基础穿管处绝缘也已破损，钢铠外漏，也随之进行更换。施工完成后重新核相并测量三相电缆绝缘，三相绝缘都为无穷大，箱变送电后故障消除，2019年12月05日15:00，17#风机成功并网发电。

2保护动作分析

某风电场箱变有两套保护，一套是华孚聚能HF-XBJK2000W保护测控装置，一套是低压断路器本体ETU47WT保护。华孚聚能HF-XBJK2000W保护测控装置只投入变压器油位保护，断路器本体ETU47WT保护投入了长延时、短延时、速断、接地四种保护，下面是各种保护动作情况。

华孚聚能HF-XBJK2000W保护报文信息：

2019年12月02日11:59，17#箱变监控报出高压室烟雾报警信息。

2019年12月02日12:03报出低压室烟雾报警发生告警。

2019年12月02日12:14，报出低压开关故障信号发生，低压侧断路器跳开

断路器本体ETU47WT保护动作情况：

接地保护动作，跳开箱变低压侧开关（装置不具有时间记录功能，所以无动作时间及电流，）。

风机保护动作报文：

2019年12月02日12:14 #17风机报出【SC03-05-188】变频器电网过压保护故障。

风机自动消防报文：

2019年12月02日12:13 #17风机自动消防系统报警，报出主电故障。

2019年12月02日12:13 #17风机自动消防系统报警报：塔基变频柜烟感报警。

自动消防时间比北京时间慢1分钟。

通过查看风机记录，在12月02日12:14时，#17风机风速在8.6m/s左右，功率为2186kW。

通过箱变记录，可以看出当时的三相电流为1800A左右，由于箱变测控采点分辨率是5分钟，所以不能精确的看到12:14时刻三相的电流。

断路器本体ETU47WT保护设定长延时电流L=0.9In，其中In为断路器额定电流2500A，所以L=2250A，T=10S，短延时S=5000A，T=0.4S，速断I=7500A，接地保护Ig=900A，T=0.1S，通过图8箱变电流记录，可以看出12:14发生电缆接地故障，产生零序电流，零序电流达到Ig设定值，接地保护动作，跳开箱变低压侧断路器。由于断路器本体ETU47WT保护不具备故障电流记录功能，箱变测控记录电流分辨率较低，为5分钟一个点，所以不能查到跳闸时刻箱变的零序电流。通过上述分析，保护动作正确。

3 故障原因分析

3.1直接原因

3.1.1箱变低压侧至并网柜电缆损坏接地，接地电流产生的热量将电缆及电缆头烧坏。

3.2间接原因

3.2.1 电缆安装弯曲半径小于标准值：某风电场本次损坏电缆为湖南某公司生产的型号为ZRC-GG22的橡皮绝缘电力电缆，为铜芯硅橡胶绝缘和护套耐高温阻燃软电力电缆，最高工作温度为180℃，绝缘外皮较薄，保护填充材料较少，导致电缆容易受损。现场测量电缆外径为60mm，主导体外径为20mm，根据《湖南某公司线缆产品导航》所述，敷设多芯电缆的最小弯曲半径为30（D+d）mm（D与d分别为电缆与电缆主导体的标称外径），则计算出某风电场所用电缆最小弯曲半径应为2400mm，根据现场核察，实际风机电缆安装最小弯曲半径明显小于2400mm，此原因可能为电缆损伤的主要原因。

3.2.2 直接受外力损坏：某风电场风电机组从风机内部进入基础环共有两个入口，一个位于变频柜门口。一个位于免爬器正下方。因免爬器安装位置，导致免爬器下方进入基础环入口不常使用，日常工作中大多数均从变频柜门口处入口进入基础环。但因箱变风机连接电缆放置于次入口爬梯正下方，工作人员进入基础环时经常不经意间踩踏该电缆，久而久之便会对电缆造成外力损坏。

3.3.3 某风电场风力发电机组基础环内电缆预埋管为垂直敷设设计，造成电缆在风机基础环套管出口处局部受力，因基础下部电缆存在自重导致电缆下沉，加剧电缆局部受力现象。

3.4.4 施工安装时导致电缆受伤或绝缘受潮

电缆在项目施工期间，由于机械牵引力过大，导致电缆被拉伤或电缆外皮受伤，潮气进入电缆内部，使绝缘受损产生事故。

4 防范措施

4.1 #17箱变电缆由山东某施工单位施工，某风电场场共45台箱变电缆由此单位施工，同一施工单位进行施工的箱变电缆均有报出此类型故障的可能性，应有针对性的进行特殊巡视检查。

4.2 在风电机组塔基内弯曲半径较小处增加支架将电缆支撑起来从而增大电缆弯曲半径。

4.3 在风机基础入口底部，电缆表面设置支架或在明显处张贴警示标牌，提醒工作人员踩踏伤害电缆。

4.4 箱变测控时间不正确，为故障分析带来麻烦，可以将箱变监控主机时间调整正确，然后将所有的测控装置以箱变监控主机为基准对时，为后续故障分析提供方面。

4.5 箱变断路器本体ETU47WT保护不具备故障电流记录功能，且箱变测控记录电流分辨率较低，为5分钟一个点，建议箱变断路器增加模块，用来记录故障详细数据。

4.6 某风电场共有68台箱变，其中只有5台安装有环境监测系统，即检测温度和烟雾的装置，其它箱变发生设备着火不易发现，为此建议应每台箱变都安装环境监测系统。

4.7 值班人员应熟悉远程分合箱变的操作方法，发现金创消防系统、箱变报出烟雾报警信息，应立即拉开箱变高低压侧开关再汇报。

4.8 由于箱变配置接地保护，所以需要全部检查一下箱变低压侧接地排接地是否良好，以保证电缆故障时，保护能够正常动作。

结语

通过#17和#46箱变至风机电缆故障可以看出，电缆前期安装不规范，在后期运行中应加强对电缆的巡视，同时采取相应防范措施，防止故障发生。运行值班员人应提高技术水平，通过告警信息能够初步判断故障原因，从而快速采取防范措施，防止故障进一步扩大。其它场站也应吸取教训，在大风天时对箱变电缆进行特殊巡视。

参考文献：

[1] 湖南某公司线缆产品导航 湖南某电缆公司。

[2] 某风电场风机基础和箱变基础施工组织设计。

[3] 风电箱变智能监控装置技术及使用说明书（Ver-1.32） 北京华孚聚能科技有限公司

[4] 西门子箱变3WT断路器说明书