尹維召，鄧宏綱，李世棟

（中節(jié)能風力發(fā)電（河南）有限公司，河南 鄭州 450001）

1 前言

隨著全球資源、能源和環(huán)境問題的日益突出，以風力發(fā)電為代表的可再生清潔能源越來越受到世界各國的高度重視，風力發(fā)電的市場規(guī)模也在不斷增加，截止2020年底，全國風電累計裝機規(guī)模已接近3億千瓦。并且隨著“2030碳達峰、2060碳中和”戰(zhàn)略的提出，未來數(shù)十年內(nèi)風電行業(yè)還將得到大力發(fā)展。

但隨著國家財政在2020年和2021年分別對陸地風電和海上風電退出補貼，風力發(fā)電企業(yè)的盈利能力急劇下降，各風電企業(yè)都在積極采取各種手段進行“降本增效”。

集電線路是風電場的重要組成部分，其一旦發(fā)生故障，就會造成整條線路甚至全場脫網(wǎng)，帶來的損失較大。集電線路故障引起的停機時間占風電場設(shè)備總故障時間的一半左右。尤其是在內(nèi)陸地區(qū)的風電場，由于風電機位分散、集電線路長、人口稠密、生產(chǎn)經(jīng)營活動多、樹木多、雷雨天氣多，使得集電線路的故障居高不下。集電線路主要包括引流線、桿塔和主干線纜3部分，本文分別從這3部分對集電線路常見故障進行分析，并提出預(yù)防措施，以期提高輸電線路運行的穩(wěn)定性，降低風電場的運營成本。

2 引流線主要故障及預(yù)防措施

引流線就是將風機發(fā)出的電，順著桿塔接到主干線上。引流線雖然短，但卻容易出現(xiàn)故障，其故障主要有：電纜頭擊穿、引流線斷線和跌落保險故障等。

2.1 電纜頭擊穿

電纜頭擊穿的原因主要有：電纜頭型號不合適，電纜頭質(zhì)量不合格和施工工藝不正確等。預(yù)防電纜頭擊穿的措施有：在室外環(huán)境惡劣的地方，要采用冷縮型電纜接頭，增加接頭的防水和防潮性能，要選用質(zhì)量較好的電纜頭品牌和供應(yīng)商，同時在電纜頭制作時要嚴格按照GB12706.3的標準和產(chǎn)品說明書的要求執(zhí)行，保證施工質(zhì)量。同時可以在接頭處安裝基于紅外傳感原理的電纜頭溫度在線監(jiān)測裝置，通過溫度監(jiān)測判定接頭的健康狀況，預(yù)防故障的發(fā)生。

2.2 引流線斷線

引流線斷線的主要原因有：固定支撐少、引流線型號不合適和接線端子壓接時損傷了電纜而后期又未做保護措施等。預(yù)防引流線斷線的措施有：根據(jù)風場所在地區(qū)風力的大小，適當增加絕緣支撐的密度，引流線盡量選用帶鋼芯的導(dǎo)線，增加線纜自身的抗風性，接線端子可以選用如圖1所示尾部加長型的，以免壓接時損傷的線芯因頻繁彎折而斷裂。同時在截取引流線時要有一定的預(yù)留量，以防接頭擊穿或斷線后復(fù)接時長度不夠而造成整條線纜報廢。

圖1 尾部帶保護的接線端子

2.3 跌落保險故障

跌落保險故障通常是因為跌落保險觸頭接觸的位子尺寸不匹配，大風天氣時來回振動造成脫落甚至燒毀。預(yù)防跌落保險故障的措施是選用型號匹配的產(chǎn)品，按施工工藝要求進行安裝。

3 桿塔主要故障及預(yù)防措施

常見的線路桿塔主要有木桿、水泥桿、金屬桿和鐵塔等，目前以鐵塔應(yīng)用最多。桿塔常見的故障主要有雷擊、鳥害和倒塌等。

3.1 雷擊引起的故障

雷擊通常有兩種形式：一是雷直接擊中桿塔或避雷線，強大的電流使桿塔和避雷線的電壓瞬間上升，桿塔與導(dǎo)線的電壓差超過絕緣子的閃絡(luò)電壓，絕緣子產(chǎn)生閃絡(luò)，造成線路及附件的損壞；二是雷擊桿塔附近的大地，由于空間電磁場的急劇變化，導(dǎo)致桿塔及相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，而導(dǎo)致線路及附件的損壞。預(yù)防雷擊故障的措施有：在雷電較多的風電場，架空線路要全線安裝避雷線，桿塔接地電阻滿足設(shè)計要求且要盡量小，在雷擊較多的桿塔尤其是終端塔處要加裝避雷裝置。

3.2 鳥害引起的故障

隨著國家生態(tài)保護做的越來越好，鳥類的種群數(shù)量急劇增加，因鳥類活動而引起的輸電線路故障也越來越多，鳥害主要是鳥類喜歡在線路桿塔上筑巢而引起的導(dǎo)線搭接或絕緣子閃絡(luò)。預(yù)防鳥害的主要措施是對其進行驅(qū)離，使其遠離桿塔活動。目前驅(qū)離鳥類的裝置主要有：視覺類、聽覺類、嗅覺類、超聲波和物理隔絕類等，其中視覺、聽覺和嗅覺類隨著使用時間的延長，容易被鳥類適應(yīng)，此類驅(qū)鳥裝置具有時效性，目前超聲波驅(qū)鳥裝置（如圖2）能對一定區(qū)域面積的鳥類具有驅(qū)離作用，不易被鳥類適應(yīng)，但它有驅(qū)離死角。物理類（如鳥刺）只能對某個點有較好的作用，驅(qū)離范圍小。所以在鳥害嚴重的桿塔上可以采用超聲波與物理驅(qū)離相結(jié)合的方式，作用范圍大、時間長久，重點位置效果好。

圖2 超聲波驅(qū)鳥裝置

3.3 倒塔

倒塔事故的發(fā)生主要由地質(zhì)原因或水土流失而引起的基礎(chǔ)沉降，以及設(shè)計、材料或施工而引起的質(zhì)量問題。預(yù)防方式有：在設(shè)計階段要充分考慮塔基所在的地質(zhì)狀況，盡量避免在易沉降地區(qū)設(shè)置塔位，考慮氣候及降雨情況，做好基礎(chǔ)的防水土流失措施，在轉(zhuǎn)角塔等重要塔位增加斜拉線和支撐，做好進場材料的抽檢和施工過程的管理，嚴把質(zhì)量關(guān)。另外還可以在重點塔位安裝沉降觀測裝置，及時發(fā)現(xiàn)早期的沉降并進行補救，預(yù)防倒塔事故的發(fā)生。

4 主干線纜主要故障及預(yù)防措施

目前集電線路的主干線主要有架空導(dǎo)線、地埋電纜以及二者結(jié)合的方式。架空導(dǎo)線成本低，故障查找方便，但在一些無法穿越的地區(qū)就必須采用地埋絕緣電纜。

4.1 地埋電纜

地埋電纜的主要故障就是絕緣擊穿，而造成該故障的主要原因是由施工不規(guī)范引起的。例如轉(zhuǎn)運過程中的磕碰，彎曲半徑小于要求的最小彎曲半徑，牽引力過大，野蠻拖拽導(dǎo)致護套和絕緣損傷，接頭未做好防水措施導(dǎo)致電纜進水等。預(yù)防措施是做好到場電纜的試驗與檢測，嚴格按照GB50168的標準規(guī)范施工，電纜存儲時要做好防護，地埋電纜要有方位標識，接頭處應(yīng)有定位。

4.2 架空導(dǎo)線

架空導(dǎo)線的主要故障是后期因為樹木生長，新增加構(gòu)筑物而導(dǎo)致的安全距離不夠，以及由于導(dǎo)線舞動或者金具質(zhì)量而引起的導(dǎo)線墜落。架空導(dǎo)線故障的預(yù)防措施主要有盡量避免穿越有高大樹木的區(qū)域，必須穿越時采取增加桿塔高度或采用絕緣電纜的方式進行，以減輕后期可能出現(xiàn)的安全距離不夠的問題?？諘绲貐^(qū)線路走向盡量與主方向成45°以下的夾角，減少導(dǎo)線舞動現(xiàn)象的發(fā)生。嚴把進場金具的質(zhì)量和施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

隨著風電不斷向內(nèi)地、西南山區(qū)和沿海地區(qū)發(fā)展，引起集電線路故障的因素越來越多。本文從線路的3個主要組成部分出發(fā)，分別對其故障類型和故障原因進行了分析，并且從設(shè)計、材料、施工和監(jiān)測等方面提出了諸多預(yù)防措施，以期通過事前預(yù)防，提升集電線路運行的穩(wěn)定性，減少故障的發(fā)生，提升風電場的效益。