风电场集电线路故障原因分析及预控措施_党向东.pdf

风电场集电线路故障原因分析及预控措施党向东（大唐山东发电有限公司新能源分公司，山东 济南 ）摘要：随着风电装机容量和并网规模的不断扩大，提高风电供应的稳定性具有重要意义。集电线路是风电场中的重要设备，若风电场集电线路出现故障，则会导致风机脱网，造成大量电量损失，影响风电供应的稳定性。因此，加强风电场集电线路故障原因的研究，针对存在的问题，采取针对性的处理与预防措施具有重要意义。结合实际案例，探讨某风电场集电线路发生故障的原因，并采取整改措施，以确保风电场安全稳定运行，发挥其最大经济效益。关键词：风电场；集成线路；故障原因；预控措施中图分类号：（，）：，：；收稿日期：概述某风电 场 位 于 山 东 省 威 海 市，总 装 机 容 量 为 ，通过场内两回 集电线路接入 升压站后送至电网。该风电场风电通过威海电网予以消纳，该电网主 网 由 、电 压 等 级 构 成。、网架呈现分系统辐射状供电。为了全力打造国家清洁能源产业高地，顺利实现“碳达峰碳中和”目标，“十四五”期间，威海市大力推动核、风、光、储等清洁能源发展，规划建设装机容量超过 万，总投资预计达到 亿元以上，以千亿级项目带动千亿级产业发展。由于 电压等级设备技术成熟、应用广泛，因此风电场内集电线路普遍采用 电压等级。因风电场范围大，该集电线路通常采用架空线形式，接入 升压站时以电缆地埋形式接入 开关柜内。受恶劣气候、施工质量、设备本体质量等因素影响，集电线路跳闸事故频发，给风电场带来较大的经济损失，也给电网安全稳定运行带来重大隐患。本文通过对某风电场发生的集电线路跳闸故障进行描述，对故障原因进行分析，并采取相应的整改措施。风电场基本情况风电场装机容量为 ，共安装 台低温型双馈风电机组，采用一机一变的单元接线方式，升压箱变容量为 ，电压变比为 ，升压至 电压等级后，台风机通过两回 集电线路（台风机接入回 集电线路，台风机接入 回 集电线路）接入 升压站 母线，通过主变升压至 电压等级后，再通过送出线路接入 对侧变电站并送至威海电网。根据设计，该风电场、回 集 电 线 路 分 别 建 成 单回集电线路，在进站段组成同杆双回路线路。线路杆塔根据设计工况不同，采用多种形式，包括单回路混凝土直线杆、单回路混凝土转角杆、单回路混凝土终端杆、双回路混凝土直线杆、双回路混凝土转角杆、双回路混凝土终端杆、单回路转角铁塔、双回路转角铁塔。其中铁塔采用台阶式基础，混凝土杆基采用直柱单盘式，混凝土杆立于预制钢筋混凝土底盘。为确保混凝土杆塔稳定，需设置拉线，拉线基础采用预制混凝土拉线盘基础，如图所示。电工技术新能源系统与设备（）双回路铁塔（）双回路混凝土杆图双回路铁塔和混凝土杆示意图故障现象及分析 故障现象根据多年风资源分析，测风塔 高度测风时段的年平均风速为 ，年平均风功率密度为 ，风电场区域内风功率密度等级为级，风向主要集中在西方、西北方，主导风向占总体的 以上，较为集中。该风电场大风月集中在每年的月月，月为全年最大风速月。某年月 日，风电场风速较大，最大风速达到 。时 分，监盘时发现监控告警“回集电线路开关跳闸”，查看保护装置报“零序过流动作”。到开关室查看 回集电线路断路器位置为“分闸”位，开关柜本体动作正常，柜体完好。回集电线路及其断路器、母线、主变、送出线路均正常运行。调取故障录波波形图，初步判断为 回集电线路相接地导致线路跳闸。检修人员到达现场开展巡线工作，目测发现与主风向走向一致的导线摆动幅度较小，与主风向几乎垂直的导线摆动幅度较大，尤其最上方相导线摆动过程中与杆塔拉线距离较近。故障原因分析及判断根据风电场运维经验，造成集电线路跳闸的原因主要有以下几点。（）设计偏差、未按图施工、施工质量差等，导致实际完成施工的线路不满足设计规范要求，在恶劣气候条件下，导线或拉线摆动较大，带电导线与不带电金属体距离较近产生放电，引起保护动作。（）箱变、箱变电缆及其电缆头故障，导致单相接地，引起保护动作。（）线路绝缘子污闪，对不带电金属体放电，引起保护动作。（）雷击引起跳闸等。调取故障发生时的气象资料，当时风速较大，未发生雷击事件，因此将故障范围缩小至导线放电引起保护动作以及箱变、电缆故障引起保护动作。将风电场 回集电线路转为检修状态，并将该条集电线路所带 台箱变跌落开关全部拉开，使得该条集电线路所属的机组、箱变与集电线路断开。检修人员采用直流泄漏电流测试法对故障集电线路进行绝缘测量，试验电压加至规定电压值时，保持规定时间，测量结果显示线路绝缘正常，未发现明显故障点。对解开的 台箱变、箱变电缆及其附件进行绝缘测量，同样显示箱变、箱变电缆及其附件绝缘均正常，未发现明显故障点。对继电保护定值计算书进行核对，定值计算正确，设置合理。待风速变小，检修人员利用望远镜、无人机等多种手段再次进行巡线，在 号杆塔拉线绝缘套管处发现一处放电痕迹。从放电点位置可以判断，在大风天气下，杆塔最高处 相导线摆动，与杆塔拉线距离较近，导致相导线对拉线放电，从而引起零序过流保护动作。该判断也验证了其他风速小的情况下，线路能够正常运行，此次出现极大风速时，线路发生了故障跳闸，故障点如图所示。（）混凝土杆放电（）实际放电故障点图查明线路放电故障点示意图故障处理现场将故障信号、检查情况、故障点照片发送至设计和集电线路长协单位进行校核。由于集电线路已经建成，风电场已投运，因此只能在现有集电线路的基础上，设计加强整改方案。经各方论证，决定采取以下加强措施。加强相导线支撑为了彻底解决放电故障，需对离杆塔拉线最近的高压导线采取相应的措施，即对该高压导线进行加固，防止大风天气下晃动幅度较大。经设计方案，对双回路混凝土杆最上相两侧各加装 复合针式绝缘子根，型号为 ，共计 根。同时配套增加横担支架 副，绝缘子横担抱箍 副，用以支撑、固定绝缘子。该绝缘支撑与最上相相导线相连，起到稳固导线的作用，在大风天气下，可有效减小导线的摆动幅度，避免导线与拉线距离较近而引起放电导致的保护动作。调整拉线盘在对导线增加绝缘支撑的同时，设计出具体方案对杆塔拉线进行方向、位置调整，在满足设计规范的拉力条件下，增加其与高压导线的距离。具体的方案为平面上拉线均向横担位置转动 ，平面投影上拉线方向和横担方向夹角由 调整为 。调整后的拉线方向平面布置图如图新能源系统与设备电工技术所示。（）俯视图（）主视图图调整后拉线方向平面布置图上层拉线抱箍向上调整 ，若拉线长度不够，则可适当将拉线盘基础抬高 。下层拉线抱箍下移 ，拉线盘基础位置不变。增加 接地扁钢与原接地扁钢可靠焊接，用于延伸至调整后的拉线抱箍，并做好接地扁钢焊接后防腐工作。拉线调整后做好张紧固定工作。预防措施 加强线路巡检维护工作，防患于未然重新完善集电线路巡检制度，巡视时要逐条、逐项进行检查维护，对于发现的线路缺陷要及时处理，老化的绝缘设备要及时更换，以免在以后的运行中发生跳闸故障。做好定期巡视工作，杜绝在电力设施保护区域内种植树木、建造违章建筑等。利用夜间巡视对线路放电火花特别敏感的特点，有针对地检查导线有无放电现象，利用红外成像仪对电缆及线路进行巡检，以便发现架空线路及电缆隐患。提高架空线路绝缘子绝缘水平定期登杆清扫绝缘子，除去绝缘子表面的污秽物。对污秽严重，不易在现场清扫的绝缘子进行更换，将旧绝缘子带回场里统一清扫。更换不良和零值绝缘子，使用先进的绝缘子或在绝缘子上涂刷 防污涂料等，都是有效的防污措施。提高架空线路防雷击能力对于经常遭受雷击、频繁跳闸的线路，加装驱雷装置，定期进行避雷器预防性试验。雷雨季节前加强对线路的巡视，并抽取易受雷击的杆塔上的绝缘子进行耐压试验，对于不符合预防性试验规定的绝缘子、避雷器及时更换，提高线路的防雷能力。严把集电线路施工质量关在线路的施工、验收工作中，需对架空线路的绝缘子进行对地绝缘电阻测试，保证供电的安全性和可靠性，杆上电气设备安装应符合相关规程规定等。在地埋电缆施工中，必须保证终端和附件有良好的密封性能，防止外界水分或有害物质侵入电缆的绝缘体，造成绝缘剂流失。加强集电线路保护定值计算整定工作风机集电线路保护定值的计算整定应有专人管理，要根据集电线路负载的变化情况及时调整环网柜及集电单元保护定值，每年升压站年检时要对保护装置及保护定值进行一次预防性试验，以提高保护的准确性。结语本文对此次大风天气情况下引起风电场 集电线路跳闸的故障情况进行排查分析，从而确定引起线路开关跳闸的原因，根据现场集电线路的实际情况，有针对性地提出整改和加固方案。对线路增加绝缘支撑，并对拉线调整后，再次投运线路。投运后不久，风电场几次出现风速大于 的恶劣天气，运维人员对集电线路进行巡视，加固后的导线晃动幅度明显减小，监控显示各设备参数均正常，之前发生故障的集电线路及其所属的 台机组均正常稳定运行。实践证明消缺改造后的线路能有效应对这种大风天气，确保设备稳定运行。参考文献 苏宏涛风电场集电线路故障原因及预控措施科学家，（）：胡佳浅析风电场 集电线路跳闸原因及防范措施数字化用户，（）：肖衍谈风电场集电线路雷击故障及预防措施华东科技（综合），（）：刘莉风电场集电线路故障分析与处理建筑工程技术与设计，（）：焦学林风电场集电线路典型故障原因分析及处理措施研究 山东工业技术，（）：（上接第 页）均为中文画面，简洁，操作简单。设备在密闭环境中不会受到太多影响，运行稳定可靠。经过年的持续运行，设备整体运行平稳，控制系统没有出现问题，此次改造效果显著。参考文献 廖常初 基础及应用北京：机械工业出版社，冯媛媛 重型磨机开式齿轮润滑系统的改造 自动化应用，（）：电工技术新能源系统与设备