风电场集电线路高压电缆典型故障查找与技改

邢李方 王阳 郝延峰 易里坤 张建新

摘 要：箱式变压器作为一种新型成套变电装置，在风电场广泛应用，箱变高压室与风电场集电线路主干线之间的电力传输一般都采用高压电缆，场区集电线路的电力传输方式有地埋高压电缆，也有高压电缆与架空线混合连接方式，这些高压电缆在运行中常出现故障，给风电场安全生产造成隐患，文章结合在风电场处理电缆故障的实际经验，根据两个典型故障实例具体分析发生故障的原因，并提出预防此类电缆故障的相关措施，为防止风电场高压电缆的相似故障提供参考。

关键词：风电场；高压电缆故障；相关措施

中图分类号：TM614 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0152-02

Abstract： Box transformer， as a new complete set of substation equipment， is widely used in wind farms. High voltage cables are generally used for power transmission between the box transformer high voltage chamber and the main line of the wind farm collecting line. The electric power transmission modes of collector lines in the field area include buried high voltage cables and hybrid connection mode of high voltage cables and overhead lines. These high voltage cables often fail in operation， causing hidden danger to the safe production of wind farms. Based on the practical experience of dealing with cable faults in wind farms and two typical examples， this paper analyzes the causes of cable failures and puts forward relevant measures to prevent such cable faults. The results can be used as reference to prevent similar faults of wind farm high voltage cables.

Keywords： wind farm； high voltage cable fault； relevant measures

1 概述

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，造成风電机组紧急故障停机，或直接作用于升压站发电线路开关跳闸，造成整条发电线路停运，严重时，影响整个风电场停运，更严重时，影响周围多个风电场停运。对风电机组和电网的安全与稳定造成影响。

2 现场典型故障原因分析及技改措施

2.1 箱变35kV高压室电缆典型故障情况

吉林洮北风电场2015年8月20日15时26分44秒三期监控系统报接地变压器中点电流越限故障，30秒后35kV发电三线3503开关跳闸，根据继电保护动作、现场情况查看，继电保护过流I段动作，现场检查发电三线7号箱变高压室内电缆终端头绝缘击穿接地、B相避雷器击穿接地。避雷器和电缆终端头故障（如图1）。

2.1.1 故障原因

箱变高压室电缆和避雷器故障发生时，天气正在下雨。阴雨潮湿天气时在相邻的风电场也多次出现相似故障。在修复电缆终端头故障过程中，发现电缆头绝缘层有水珠，当时箱变高压室密封完好没有漏水迹象，将电缆终端头绝缘层拨开后，发现电缆绝缘层往出渗水，对整个裸露电缆外皮进行了检查，电缆皮没有破损，又对电缆与架空主干线连接的电缆终端头进行检查，电缆终端头绝缘层外观完好，在电缆接线端子处发现密封管有缝隙，密封胶老化开裂，B相接线端子处密封胶开裂最为严重，而且有渗水迹象。对相关线路连接的电缆终端头进行了检查，发现箱变高压室电缆头渗水者，电缆与架空主干线连接的电缆终端头接线端子处密封管的密封胶必然老化开裂。确定箱变高压室电缆绝缘层内的雨水，是从架空主干线连接的电缆终端头侧的接线端子处渗进来的源头，雨水从架空侧电缆头顺着电缆绝缘层渗进箱变高压室电缆头，造成箱变高压室电缆和避雷器绝缘击穿故障，其典型故障点是架空线侧电缆头渗水却没出现故障，而雨水却可以通过高压电缆绝缘层流到箱变侧，造成箱变高压室电缆终端头绝缘击穿。

2.1.2 技改措施（洮北风电场处理措施）

由于设计、施工工艺原因，对于目前已投入运行的线路，因电缆长度限制，采用密封胶加冷缩密封管（或热缩管）将架空主干线连接的电缆终端头侧的接线端子处进行密封处理，每年雨季来临之前检查电缆端子和电缆附件处密封绝缘老化情况，及时进行检修。为安全起见，还可以在接线端子处再增加一个防雨伞裙，对防止雨水渗入电缆绝缘层会更加有效。（处理故障点如图2）。对于新建设的风电场电缆与主干架空线之间的连接处，可将电缆分支接线处于连接端子上部的接线，即电缆分支套高于电缆接线端子的接线方式，虽然多用一米电缆，但可以防止雨水顺电缆绝缘护层流到箱变高压室造成绝缘破坏故障，根据现场实际接线方式，改变户外电缆头防雨伞裙的安装位置和方向，有效防止电缆接线端子处密封处老化造成雨水渗进电缆绝缘层内，造成箱变高压室电缆故障。洮北风电场对架空线侧电缆头接线端子处采用密封胶和防雨伞裙两种方式进行了技术处理，并就此问题积累经验，每年雨季来临之前，对电缆做一次全面的检查。自此，消除了箱变高压室电缆终端头因雨水渗入引起的相关问题。

2.2 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、[1]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。

2.2.1 故障原因

风电场地埋电缆故障后，故障点查找困难，修复时间长。按照地埋电缆故障出现的部位，通常可将故障类型大致分为断线故障、单相接地、相间短路故障。这里着重说明洮北风电场地埋电缆中间接头多次出现接地和短路的典型故障，（故障如图3、4），主要原因在制作电缆中间接头时，在几个过马路的接头处在中间接头外套了一个塑料套管，另有部分电缆中间接头，采用外套热缩护套方式，作为抗外力损伤和防水保护，但是每次故障出现时，都是套塑料管和外热缩电缆护套的电缆出现故障。没有采取类似措施地埋电缆中间接头却没有相关问题。挖开故障电缆时发现塑料管和热缩电缆护套内有积水，电缆中间接头在塑料管和热缩套内就会浸泡在水里。

2.2.2 技改措施

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 结束语

风电场箱变高压室电缆和场区地埋电缆，是风电场电缆故障率最高的部位，在实际工作中，必须选用良好的电缆附件，采用合理的施工工艺，做好电缆接头的安装工作，确保电缆接头的安全性，保证风电场设备的供电可靠性，为风电机组的安全、经济运行奠定基础。提升风电场的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]孟祥泽，孟庆义.电力建设工程质量问题通病防治手册[M].北京：中国电力出版社，2004：275.