风力发电机组电缆损伤浅析

俞磊， 余业祥， 任华彬

（东方电气风电有限公司， 四川德阳， 618000）

0 前言

电缆是风力发电机组的重要组成部件。 风力发电机组电缆主要分为动力电缆、 控制电缆和接地电缆， 动力电缆主要是将发电机产生的电能传输至变流器， 通过箱变送至电网； 控制电缆主要风力发电机组自身驱动用电、 控制系统信号和通讯传输的电缆， 是整个风力发电机组神经网络；接地电缆主要用在风力发电机组防雷接地网络中，是机组安全防护措施。 电缆作为风力发电机组电能传输、 控制系统信号和通讯传输的主要介质，被称为风力发电机组的血管， 然而风力发电机组电缆会在各个阶段产生不同的损伤， 故对电缆在各个阶段损伤情况和原先进行分析非常重要。 目前国内风力发电机组主流机型包含双馈和直驱风力发电机组。 经统计， 车间装配电缆时会出现1%~3%损伤， 但出厂调试和质检环节基本全部关闭，会根据不同整机厂商装配和质检水平产生差异。机组吊装过程中因电缆损伤引起的故障占15%左右， 运行维护中因电缆损伤引起的故障占5%左右， 此外因动力电缆起火引起烧机事故时有发生，故有针对电缆损伤进行分析具有重要意义。

1 电缆损伤的类型

目前风力发电机组电缆多采用橡胶、 PVC、PUR、 硅橡胶等外护套的铜线缆， 导体结构一般为5 类导体软线。 经分析统计， 可将电缆损伤类型按照可视情况分为非可视处损伤和可视处损伤2种情况。

1.1 非可视处损伤

非可视处损伤一般发生在风力发电机组部件腔体内部， 因该部件机械结构主表面封闭而无法直观看到电缆或电缆内部导体， 例如发电机内部、通讯滑环内部、 主轴中心管内部、 电缆内部等。

通过对机组多年运行经验分析， 非可视处电缆损伤主要有以下几点：

（1）发电机转子引出线被韧口割伤；

主要发生在某厂家提供的双馈风力发电机中，由于发电机转子引出线弯曲部位与发电机腔体内的韧口接触， 而转子引出线又未灌胶封固， 转子引出线随着电机旋转， 导致转子引出线与韧口相对位移， 从而割伤电缆外护套， 导致转子引出线短路， 该问题只能返厂处理， 故发电机下架， 更换发电机。

（2）通讯滑环400 V 电源电缆韧口割伤；

通讯滑环电源线缆穿进通讯滑环底座时， 由于空间较小， 线缆较粗， 电缆很难弯曲， 导致电缆与滑环底座边缘韧口出接触， 随着机组振动，该处电缆外护套被磨穿， 发生短路。 更换滑环底座至机舱配电的400 V 电缆。

（3）齿轮箱中心管、 主轴中心管内部电源和信号电缆磨损、 割伤；

此类情况主要是中心管钻进金属异物， 在机组运行时割伤电缆。

（4）气象架管道内信号电缆割伤；

（5）控制电缆内部断芯。

实践统计， 非可视处电缆损伤主要因为外护套割伤或者磨损引起绝缘下降， 形成地短路， 从而引起故障； 部分电缆因为内部断芯， 形成断路的情况。

1.2 可视处损伤

可视处损伤一般发生在风力发电机组部件的外部或者表面， 例如铺设的动力电缆、 外接设备供电、 控制电缆等。

通过机组多年运行经验分析， 可视处电缆损伤主要有以下几点：

（1）钢扎带韧口割伤动力电缆；

（2）侧拉网套脱丝或束口勒伤电缆；

（3）马鞍弧形处韧口割伤动力电缆；

（4）U 型处动力电缆晃动撞击爬梯尖口损伤；

（5）电缆与机械接触部位晃动、位移磨损电缆；

（6）控制电缆被踩踏、 扭转电缆内部断芯；

（7）电缆因短路过热或起火或被引燃。

实践统计， 可视处电缆损伤主要因为晃动引起外护套割伤或者磨损引起绝缘下降， 对地短路，从而引起故障； 部分电缆是因为受外力或者大于弯曲半径内部断芯； 少部分因为短路或被引燃而造成风力发电机组更大的灾害。

2 电缆损伤的原因分析

电缆损伤的原因主要有4 种类型：

（1）电缆外护套接触坚硬 （金属） 部件表面韧口时产生相对位移， 造成外护套割伤， 引起绝缘下降；

（2）电缆外护套接触毛疵时产生相对位移， 造成外护套磨损、 变薄， 引起绝缘下降；

（3）电缆内部导体因为外力踩踏或超出弯曲半径， 出现断路；

（4）电气短路过热或被引燃产生的损伤。

3 避免电缆损伤方法

避免电缆损伤的方法有多种， 目前风力发电机组常用的方法从以下几个阶段考虑。

3.1 风力发电机组设计阶段

（1）电缆接触面无毛疵， 电缆弯曲部分应进行倒角， 去掉毛疵、 韧口对电缆的损伤；

（2）选用合适的塑料材质扎带防止割伤电缆；

（3）侧拉网套束口增加防护胶皮；

（4）发电机转子引出线腔体内电缆弯曲处除倒角外， 并在腔体内封胶固定。

3.2 施工安装阶段

施工安装阶段主要体现在风机吊装完后电气线缆铺设和安装， 该部分是动力电缆出现损伤的高发阶段， 同时也是避免因设计上的不足而产生电缆磨损、 割伤有效预防阶段， 在该阶段对电缆应根据设计不同采取最佳、 最有效的防护措施。

电缆固定前发现尖锐端口、 韧口、 毛疵等并采取打磨、 使用尼龙线夹、 塑料扎带、 垫防护胶皮、 合理布局等措施紧固电缆， 有效避开运行工况对电缆产生的伤害， 使电缆不产生相对位移和避免韧口、 毛疵带来的损伤； 用胶皮防护电缆与坚硬部位碰撞接触点； 若有侧拉网套， 安装侧拉网套时使电缆竖直， 均匀受力， 防止局部受力勒伤电缆等。

3.3 运行维护阶段

运行维护阶段是保证机组设计寿命、 体现风力发电机组发电价值的阶段。 在该阶段中， 对风力发电机组正常检修维护， 以及隐患的排查相当重要。 在日常运行维护中， 主要从以下几个方面开展对电缆的隐患排查工作：

（1）动力电缆的端头是否松动， 产生重大事故的主要原因；

（2）动力电缆外护套是否变色、 掉粉；

（3）变流器上方桥架的动力电缆弯曲处是否出现破皮情况；

（4）马鞍处上下边沿是否割伤电缆；

（5）U 型处靠近爬梯侧是否出现碰撞情况；

（6）U 型处扭转电缆是否出现相互磨损；

（7）U 型处动力电缆是否夹住控制电缆；

（8）侧拉网套 （若有） 束口是否勒伤电缆， 侧拉网套是否竖直， 电缆是否局部受力；

（9）电缆线夹是否松动；

（10）气象架引出线是否被割伤；

（11）机舱内是否存在飞线， 机组运行时电缆产生超过0.5 m 摆幅等。

3.4 日常管理阶段

除了风机正常的维护检修外， 日常风力发电机组管理也相当重要。 日常管理中应避免在风机上吸烟、 明火， 利刃割伤电缆等情况的发生。

3.5 电缆质量管控

风力发电机组能否高效率、 正常运行， 除了正常的技术维护、 日常管理把控外， 电缆产品的质量也同样重要。 电缆质量可靠， 可以有效避免电缆断芯、 抽芯， 外护套透析发白、 掉粉、 开裂，因导体截面积未达标而产生的过热过载情况发生。

4 总结

（1）总结了风力发电机电缆损伤各个类型。

（2）通过对各种损伤类型进行分析， 损伤带来的危害， 以及从各个阶段应该采取的预防措施。

（3）提出各阶段对电缆防护的建议和要点。