中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司 萬星一舟

陸上風(fēng)電場工程中，以集電線路帶動(dòng)若干臺風(fēng)機(jī)的方式，通過一回或多回集電線路將每臺風(fēng)機(jī)對應(yīng)的箱變進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的電能匯集，并可將電能送往風(fēng)電場工程的升壓站或開關(guān)站。陸上風(fēng)電場工程的集電線路通常分為電纜型和電纜加架空混合型兩種形式，兩種形式的集電線路均會(huì)涉及地埋電纜的設(shè)計(jì)、采購、施工及運(yùn)維。集電線路地埋電纜一旦發(fā)生故障，將會(huì)破壞風(fēng)電場與升壓站或開關(guān)站之間的電能傳輸通道，甚至可能導(dǎo)致多臺風(fēng)機(jī)的電能無法送出。為避免集電線路地埋電纜故障的產(chǎn)生，降低故障帶來的損失，應(yīng)詳細(xì)分析故障產(chǎn)生的原因，根據(jù)故障分析的結(jié)果，設(shè)置必要的故障預(yù)防措施及有效的故障處理措施。通過以上手段降低風(fēng)電場工程集電線路的故障率和故障持續(xù)時(shí)間，就是為風(fēng)電場工程的可靠運(yùn)行打下有力基礎(chǔ)。

1 集電線路地埋電纜故障的查找和處理

1.1 故障現(xiàn)象

在陸上風(fēng)電場工程中，與集電線路地埋電纜的首端或末端相連的電氣設(shè)備通常有箱變、集電線路進(jìn)線開關(guān)柜、電纜分支箱等。如果集電線路地埋電纜出現(xiàn)故障，那么升壓站主控室內(nèi)的運(yùn)維人員可能觀測到箱變、集電線路進(jìn)線開關(guān)柜等電氣設(shè)備的斷路器或熔斷器動(dòng)作，現(xiàn)場巡視的運(yùn)維人員可能聽到地埋電纜出現(xiàn)異響并聞到異味。此外，主控室中還可能監(jiān)控到電壓、電流等電氣參數(shù)的異常，表明可能有故障發(fā)生。

1.2 故障查找

在對出現(xiàn)故障的集電線路地埋電纜進(jìn)行檢查時(shí)，一是要對集電線路的電氣接線圖以及電纜敷設(shè)圖等設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行詳細(xì)分析，深入了解地埋電纜的設(shè)置情況。二是要詳細(xì)了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)、箱變、集電線路進(jìn)線開關(guān)柜等有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，判斷故障出現(xiàn)的原因。三是要結(jié)合相關(guān)圖紙的設(shè)計(jì)情況和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)維情況，制定出科學(xué)合理的檢驗(yàn)方案，判斷故障的具體位置，確保后續(xù)工作的順利開展。

具體來看，運(yùn)維人員在巡視過程中，如果聽見異響或聞到異味，應(yīng)及時(shí)向主控室內(nèi)的運(yùn)維人員進(jìn)行上報(bào)，并結(jié)合主控室內(nèi)反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對相關(guān)集電線路進(jìn)行檢查。當(dāng)出現(xiàn)了箱變或集電線路進(jìn)線開關(guān)柜通信中斷的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)首先排除與該段集電線路關(guān)聯(lián)的箱變和集電線路進(jìn)線開關(guān)柜的故障，在排除箱變和開關(guān)柜設(shè)備本身的故障后，再查找集電線路的故障。查找過程中，若判斷為集電線路地埋電纜出現(xiàn)故障，可按照以下順序開展工作：

一是要充分結(jié)合故障錄波設(shè)備以及保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)，初步判斷故障的類別，如短路故障、開路故障等。二是要對故障類別的初判進(jìn)行驗(yàn)證，如初步判斷是一相或多相開路故障時(shí)，若在電纜的導(dǎo)體連續(xù)試驗(yàn)中，觀測到導(dǎo)體的絕緣電阻與相關(guān)規(guī)程規(guī)范相符，但有一相或者多相出現(xiàn)不能連續(xù)，就可以基本驗(yàn)證判斷正確。三是要查找故障出現(xiàn)的部位，如電纜頭處發(fā)生故障，絕緣層處發(fā)生故障等；此外，還可采取分段檢查的方式，確定故障的電纜段，縮小檢查范圍，加快檢查進(jìn)度。

1.2.1 電力電纜故障的帶電診斷

目前，電力電纜帶電診斷的方法較多，常用的有三類，即電橋法、脈沖法、聲測法。這三類診斷方法分別有以下特點(diǎn)：電橋法主要通過電阻大小和電纜長度間的關(guān)系，判斷故障點(diǎn)到電纜兩端的距離，這種方法原理簡單，但不能檢測電纜的開路故障，且要明確電纜的具體長度；脈沖法是通過脈沖波傳輸和接收的方式檢測故障，常分為低壓脈沖法和高壓脈沖法，其中低壓脈沖法只能檢測低阻故障與開路故障，高壓脈沖法還可處理高阻故障；聲測法是操作最簡單的帶電診斷方法，能夠通過擴(kuò)音設(shè)備對電纜放電時(shí)發(fā)出的聲音進(jìn)行放大，識別電纜故障出現(xiàn)的位置[1]。

1.2.2 故障點(diǎn)燒穿技術(shù)

電纜發(fā)生高阻故障時(shí)，故障電阻值常超過100kΩ，該故障電阻值條件下，難以采用電橋法、低壓脈沖法或聲測法進(jìn)行故障診斷。采用故障點(diǎn)燒穿技術(shù)，可使燒穿后的故障點(diǎn)滿足故障診斷的電阻值條件。電纜故障點(diǎn)的燒穿處理技術(shù)主要包括直流燒穿技術(shù)與交流燒穿技術(shù)。

直流燒穿技術(shù)采用的燒穿設(shè)備容量相對較小，進(jìn)行直流燒穿時(shí)，要保持故障點(diǎn)電阻值變化的相對平緩，防止故障點(diǎn)電阻過度降低，以免給故障診斷帶來不便。交流燒穿技術(shù)采用的燒穿設(shè)備容量非常高，進(jìn)行交流燒穿時(shí)，工頻交流電的燒穿電流會(huì)在一個(gè)周期內(nèi)通過兩次零點(diǎn)，此時(shí)故障點(diǎn)電阻將迅速提升，促使電纜故障點(diǎn)燒穿，交流燒穿技術(shù)適用于需要將故障點(diǎn)電阻值大幅降低的情況。根據(jù)直流燒穿技術(shù)與交流燒穿技術(shù)的不同特點(diǎn)，在故障查找時(shí)，應(yīng)根據(jù)初步判斷的故障類型結(jié)合擬采用的帶電診斷方法來選取故障點(diǎn)燒穿方式，靈活運(yùn)用這兩項(xiàng)燒穿技術(shù)[2]。

1.2.3 測距誤差排除方法

陸上風(fēng)電場工程集電線路地埋電纜的電纜敷設(shè)工作會(huì)受到施工環(huán)境的影響，實(shí)際的地埋電纜路徑和長度可能會(huì)和施工圖紙有一定差異。風(fēng)電場工程在進(jìn)行竣工圖設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)根據(jù)前期已簽發(fā)的工程聯(lián)系單等來核實(shí)并確認(rèn)地埋電纜的最終長度。但集電線路電纜敷設(shè)的竣工圖紙仍可能存在精確性不高的問題，通過電纜故障的帶電診斷結(jié)合竣工圖的設(shè)計(jì)情況來進(jìn)行故障定位，可能仍有距離誤差存在。此時(shí)，可將多種故障點(diǎn)定位方法結(jié)合運(yùn)用，如電橋法+聲測法的結(jié)合等。使故障點(diǎn)定位結(jié)果盡可能精確，從而降低因故障定位不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的額外工作量。

1.3 故障處理

陸上風(fēng)電場工程集電線路地埋電纜常見的故障處理方法如下。一是電纜頭故障，如出現(xiàn)了電纜頭爆裂現(xiàn)象，應(yīng)在斷電條件下，將電纜頭進(jìn)行更換，并通過緊固電纜頭固定螺栓等方式，對電纜頭進(jìn)行加固；再如因電纜頭受潮，產(chǎn)生電纜頭絕緣能力降低現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在斷電條件下，對電纜頭進(jìn)行加熱干燥，提升絕緣電阻。二是電纜絕緣層和導(dǎo)體的故障，如因化學(xué)腐蝕損傷了電纜的絕緣層，應(yīng)通過加強(qiáng)絕緣等方式進(jìn)行處理。

2 集電線路地埋電纜故障的預(yù)防措施

2.1 設(shè)計(jì)階段的預(yù)防措施

設(shè)計(jì)不合理，會(huì)增加集電線路地埋電纜采購、施工、運(yùn)維等工作的難度，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)重視集電線路的方案比選、電纜選型和路徑規(guī)劃等方面內(nèi)容。電纜型和電纜加架空混合型兩種常見的陸上風(fēng)電場工程集電線路方案中，電纜加架空混合型集電線路的經(jīng)濟(jì)性通常較高，但電纜加架空混合型集電線路方案受到環(huán)境因素制約，如覆冰厚度較高時(shí)，架空線路桿塔存在較大的倒塔風(fēng)險(xiǎn)，為確保安全，此時(shí)不應(yīng)采用電纜加架空混合型集電線路方案；從集電線路地埋電纜本身的經(jīng)濟(jì)性來看，鋁芯電纜比銅芯電纜的造價(jià)低，為降低造價(jià)而選用了鋁芯地埋電纜時(shí)，應(yīng)充分考慮鋁芯電纜在性能上相較于銅芯電纜的不足，如鋁芯電纜的電纜頭故障率高于銅芯電纜的電纜頭。

電纜選型中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一是進(jìn)行電纜的載流量計(jì)算時(shí)要明確各項(xiàng)校正系數(shù)的取值，電纜的載流量要和所選定的電纜截面相匹配。二是電纜選型要考慮電纜的運(yùn)行環(huán)境，嚴(yán)寒地區(qū)可能要使用耐寒電纜，潮濕環(huán)境中可能要使用防水電纜。三是電纜終端頭和中間接頭等電纜附件的配置應(yīng)與電纜相對應(yīng)，特別要注意使用鋁芯集電線路地埋電纜的情況，鋁芯電纜與箱變高壓側(cè)或集電線路進(jìn)線開關(guān)柜的銅排相連接時(shí)，應(yīng)采用銅鋁過渡接線端子[3]。

路徑規(guī)劃中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范來確定多根電纜之間的距離，并應(yīng)結(jié)合工程環(huán)境來確定電纜的埋深，如在有凍土層的地區(qū)，電纜的設(shè)計(jì)埋深應(yīng)在凍土層以下，當(dāng)受條件限制，無法將電纜埋至凍土層以下時(shí)，應(yīng)采用防止電纜受損傷的專項(xiàng)方案。

2.2 物資采購階段的預(yù)防措施

控制材料的質(zhì)量是預(yù)防集電線路地埋電纜故障的重要手段，在物資采購階段，應(yīng)對地埋電纜及電纜附件等材料進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。一是要加強(qiáng)供應(yīng)商管理，在采購工作開展前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)階段的電纜選型并結(jié)合以往工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，對意向供應(yīng)商進(jìn)行篩選；對意向供應(yīng)商的資信業(yè)績要進(jìn)行嚴(yán)格審核，主要包括企業(yè)規(guī)模、企業(yè)資質(zhì)、企業(yè)信譽(yù)、技術(shù)能力、以往工程業(yè)績等方面的內(nèi)容。二是要把控電纜的生產(chǎn)流程，如有必要可通過監(jiān)造等方式，對電纜的生產(chǎn)質(zhì)量及進(jìn)度進(jìn)行跟蹤；此外，為推進(jìn)電纜備料等生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，應(yīng)優(yōu)化付款流程，避免因資金不到位導(dǎo)致的生產(chǎn)進(jìn)度滯后。三是要密切關(guān)注銅、鋁等工業(yè)金屬的價(jià)格波動(dòng)，控制好電纜的造價(jià)，在物資采購階段選取質(zhì)量優(yōu)良、性價(jià)比高的電纜及電纜附件等材料。

2.3 施工階段的預(yù)防措施

提升施工的科學(xué)性和可靠性，對集電線路地埋電纜的故障預(yù)防非常關(guān)鍵。一是要做好施工材料的物資管理，將不同型號的電纜、電纜附件等分類存放，既要防止電纜和電纜附件被盜，又要防止電纜和電纜附件受潮或損壞。二是要結(jié)合施工圖紙，對地埋電纜的敷設(shè)路徑進(jìn)行優(yōu)化，延長電纜的使用壽命。三是要按圖施工，確保電纜的埋深達(dá)到施工圖紙的要求，應(yīng)特別注意有凍土層的地區(qū)，需將電纜埋至凍土層以下，必要時(shí)采用防止電纜受損傷的專項(xiàng)方案。四是要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范，設(shè)置電纜的標(biāo)示樁，避免電纜遭到人為破壞。五是要規(guī)范施工操作，防止電纜及電纜附件出現(xiàn)機(jī)械損傷，如嚴(yán)禁對電纜進(jìn)行大力拖拽，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范和施工圖紙的要求選取電纜的轉(zhuǎn)彎半徑等[4]。

2.4 外部監(jiān)管環(huán)節(jié)的預(yù)防措施

為提升風(fēng)電場工程的建設(shè)質(zhì)量，外部監(jiān)管環(huán)節(jié)是不可或缺的。外部監(jiān)管能夠?yàn)榧娋€路地埋電纜的故障預(yù)防起到積極作用，如質(zhì)監(jiān)站對風(fēng)電場工程的監(jiān)檢工作中，可能會(huì)核實(shí)集電線路的設(shè)計(jì)方案是否與工程環(huán)境相對應(yīng)，還可能根據(jù)施工圖紙檢查集電線路地埋電纜的敷設(shè)情況；電網(wǎng)公司對風(fēng)電場工程的檢查及驗(yàn)收工作中，可能會(huì)檢查集電線路地埋電纜的設(shè)計(jì)選型是否滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，還可能檢查地埋電纜的檢修井是否按照施工圖紙的要求進(jìn)行設(shè)置。通過這樣的外部監(jiān)管，可以敦促相關(guān)人員進(jìn)一步做好風(fēng)電場工程集電線路地埋電纜的設(shè)計(jì)、采購和施工等工作，為集電線路地埋電纜的穩(wěn)定運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

2.5 運(yùn)維階段的預(yù)防與應(yīng)對措施

陸上風(fēng)電場工程的建設(shè)期相對較短，運(yùn)營期相對較長。從長期來看，應(yīng)高度重視集電線路地埋電纜在運(yùn)維階段的故障預(yù)防，提升電纜在長期運(yùn)行過程中的安全可靠性。一是要完善運(yùn)維制度，在運(yùn)維指導(dǎo)手冊中設(shè)置專門的章節(jié)來論述集電線路地埋電纜的常見故障預(yù)防與處理，進(jìn)而形成一套科學(xué)合理的電纜運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)。二是要加強(qiáng)人員的選拔和培訓(xùn)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)維人員的責(zé)任意識、知識掌握、工程經(jīng)驗(yàn)等方面的情況，選派責(zé)任心強(qiáng)、專業(yè)知識掌握熟練、相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)豐富的人員參與運(yùn)維工作。三是要落實(shí)對集電線路地埋電纜的運(yùn)行檢查和維護(hù)，積極做好巡視工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，采取有效措施排除隱患，確保電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。四是要提高應(yīng)對故障的能力，集電線路地埋電纜故障的持續(xù)時(shí)間越長，對風(fēng)電場工程電能傳輸和發(fā)電效益的影響就越大，應(yīng)緊密跟蹤電纜的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)故障第一時(shí)間做好原因判斷和故障處理，使電纜快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 結(jié)語

在“30·60”雙碳目標(biāo)的背景下，我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)的趨勢。為保障陸上風(fēng)電場工程的電能可靠傳輸，應(yīng)著重做好集電線路地埋電纜的故障分析與處理工作。在陸上風(fēng)電場工程的設(shè)計(jì)、物資采購、施工、外部監(jiān)管、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員應(yīng)牢固掌握集電線路地埋電纜的常見故障原因，運(yùn)用科學(xué)合理的檢測方法，對故障進(jìn)行有效排查，并及時(shí)進(jìn)行故障處理，將集電線路地埋電纜的故障影響控制在最小范圍內(nèi)。為提升我國陸上風(fēng)電場工程的建設(shè)質(zhì)量，為增強(qiáng)我國可再生能源發(fā)電工程的運(yùn)行可靠性提供助力。