风电场集电线路地埋电缆常见故障分析与处理

黄雄军

摘 要：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，因其为隐蔽工程，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

中图分类号：O562.3+2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（b）-0057-02

风电场因其占地范围广，单台机组容量较小，所以一般采用集电线路施工，将几台风机电能汇聚后送至升压站。作为地埋电缆施工的集电线路，其运行稳定与否，直接关系着风电场的发电效益，加强对地埋电缆常见故障分析，提出故障查找及预防措施，对风电场运维具有实际意义。

1 地埋电缆常见故障类型及原因分析

1.1 电缆头爆裂

电缆铺设好后，为了使其成为一个连续的线路，各段线必须连接为一个整体，这些连接点就称为电缆头。电缆线路中间部位的电缆头称为中间接头，而线路两末端的电缆头称为终端头。电缆头是电缆线路中绝缘最薄弱、故障率最高的部位。故障的主要原因包括以下几个方面：一是未按照相关工艺进行制作安装，如剥离外半导电层时伤及线芯绝缘层，线芯绝缘层及其至外半导电层过渡处未打磨光滑，致使存在台阶、凹槽、刀痕，电缆线鼻子或中间连接管压接不均匀、未打磨光滑、存在毛刺，防水处理不够严实等，都会导致电缆头处绝缘降低，引发事故。二是电缆放置的时间较长，放置期间未对电缆两端做好防水处理，导致电缆头制作前绝缘已受潮，或在电缆头制作过程中环境湿度过大，会使接头处混进水或水蒸气，长时间在电场的作用下形成水树枝，逐渐损害电缆造成电缆头击穿。三是电缆线鼻子或中间连接管存在与线径缝隙过大的情况，压接后线鼻子或中间连接管变形严重，承载力降低，随着时间推移造成接触不良甚至松动后放电。

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，電缆铠装、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 地埋电缆常见故障排查与处理

2.1 故障现象

风电场集电线路地埋电缆一端连着箱变与风机，另一端与升压站开关柜相连，而箱变高压侧电缆一般为一进一出，进线来自于上一台箱变，出线去往下一台箱变。所以，当集电线路出现故障时，对于主控室监控人员来说，主要直观表现包括一台或多台风机、箱变通讯同时中断或集电线路开关跳闸等，对于现场巡视人员来说，听见电缆头放电声音或闻到电缆烧焦气味也是故障的主要现象。当然，故障发生时，从后台也能监控到电压、电流异常波动，并触发故障录波。

2.2 故障查找

当巡视过程中听见电缆头存在放电声音或闻到电缆烧焦气味，应立即通知主控室对该集电线路停电，进而处理。若出现一台或多台风机、箱变通讯中断的情况，在排除风机、箱变本身故障后，应在停电后到现场察看，是否为通讯中断的所有箱变中第一台高压侧电缆头爆裂所致。

当出现集电线路开关跳闸时，由于一般集电线路较长，查找故障将较为繁杂。首先，应通过监控后台及保护装置报文确认保护动作情况，并结合故障录波情况初步分析判断故障类型与故障相别。接下来可通过绝缘摇表在线路一端测量各相的绝缘电阻具体确定故障类型和相别。当相对地或相间绝缘电阻低于100kΩ时，为低电阻接地或短路故障；当相对地或相间绝缘电阻低于正常值较多，但高于100kΩ时，为高电阻接地故障；当相对地或相间绝缘电阻均正常时，应进行导体连续性试验，检查是否为断线故障。由于集电线路较长，可通过解开若干台箱变高压侧电缆头进行逐段检查，以便缩小故障查找范围，快速锁定故障电缆段，最后通过电缆故障定位仪对故障点进行准备定位。

2.3 故障处理

一般情况下，当电缆头爆裂后，需切除故障部分，重新制作电缆头。当电缆由于绝缘降低或击穿致相对地或相间短路时，也需切除故障部分，并加装电缆中间接头，完成电缆续接，消除故障。而对于电缆头放电，可根据现场实际情况采取加强绝缘、紧固电缆头固定螺栓或其他有效的方式进行处理，电力电缆受潮后，一般使用大电流发生器进行加热干燥处理，从而提高电缆的绝缘电阻。如果没有大电流发生器，可以参考交流电焊机的工作原理，使用多台交流电焊机，代替大电流发生器，对受潮电缆进行干燥处理，提高绝缘电阻。

3 施工及运维中地埋电缆故障预防措施

3.1 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。

3.2 运维过程中预防措施

运维过程中，应加强电缆的日常巡视，重点关注负荷较大及高温天气下电缆运行情况，做好电缆头红外测温工作，定期做好电缆预防性试验，并对历次试验数据与交接试验数据进行对比分析，判断电缆的运行情况，以便及时发现故障隐患，将故障扼杀在萌芽状态，确保地埋电缆安全稳定运行。

4 结语

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。

参考文献

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