风电场35KV集电线路常见故障与预防

马保峰

摘要：随着新能源场站建设的快速发展，35KV集电线路成为国内风电场站普遍应用的配电方案，线路的可靠稳定运行对场站的发电量和效益存在直接影响。如何提升风电场35KV集电线路的运行可靠性至关重要。本文对风电场35KV集成线路的常见故障进行分析，并提出了相关的预防办法，希望对我国风电场35KV集电线路常见故障的预防起到帮助。

关键词：35KV  风电场  集电线路 故障预防

引言：我国风电场风机出口一般为690V电压，通过风机箱变升压至35KV汇合至集电线路，考虑到基建成本，集电线路一般使用35KV架空线路，由于风电场多建于山区野外，架空集电线路面临鸟害、蛇害、雷击等故障较多，导致集电线路跳闸，继而导致该条线路全部风机停运，影响风场发电量，造成经济损失，下文对风电场35KV集电线路常见故障进行分析并提出相应的预防措施，提高集电线路可靠性。

1.风电场35KV集电线路常见故障

1.1集电线路特点

1.1.1集电线路是将所有风机所发的电汇集至升压站，经升压站主变升压站至110KV或220KV送至电网，也有直接通过35KV线路送至电网的。

1.1.2集电线路是从风机箱变高压侧经电缆接入集电线杆塔的，在箱变接入的杆塔横担上一般安装有35KV跌落式熔断器、避雷器和上塔引线。该横担突出杆塔，鸟类容易在此降落。

1.1.3 集电线路的布置方案是根据风机的具体布置设计的，因此集电线路的转角多，耐张段长度短，分支线路多，这也是其显著特点。

1.2 集电线路常见故障

1.2.1 雷击故障

为了使风机处于更好的风资源区域，风机往往都会选择地势较高的位置，而这些海拔较高的位置都伴随着更高的雷击风险，据统计，因雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60%以上。对于输电线路所拥有的防雷电能力，在实际工程中往往使用输电线路的耐雷水平以及在遭受雷击时的跳闸率作为衡量指标。在雷雨或台风季节，或者雷暴频繁的区域，较小的雷击一般通过线路与箱变高压侧安装的避雷器予以泄放，对于严重的雷击或者靠近导线的球形雷等会直接因雷电造成相间短路，或者击穿绝缘子导致相对地短路，严重时会使绝缘子炸裂，导线脱落导致接地故障。

1.2.2接地、短路故障

在风电场35KV集电线路中，由于高海拔地区风速较大，在大风天气会出现因导线风偏过大与树木放电引起的接地故障，也会发生因杆塔引线过长在大风天气摆动与杆塔绝缘距离不足导致的单相接地故障。线路施工质量不高，加之雷雨大风天气是造成接地故障的主要原因。

1.2.3直流控制两点接地故障

直流两点接地故障，是指直流系统中出现一点接地后有另一点发生接地时会产生短路现象，导致信号装置和断路器误操作，引发集电线路故障。

1.2.4鸟害引发故障

鸟常会在绝缘子的横担栖息，因为鸟粪导致形成闪络，这种闪络是绝缘子表面爬电和空气放电的混合闪络。同时鸟类在终端塔等地方栖息或起落时会因鸟类翅膀等舞动导致相间短路或者接地故障。此类故障多见于加装横担的终端塔。鸟类在杆塔横担上搭窝还容易引发蛇类上塔事故，因为鸟窝中的鸟蛋和幼鸟对蛇类有较强的吸引，蛇类上塔后很容易导致相间短路或接地故障。

1.2.5设计施工维护中存在的故障

风电场35KV集成线路中，部分线路距离较小，在施工中导线的弧垂不进行校核会造成同一档距的导线弧垂存在偏差，在恶略天气使会造成故障。在实际工作中，维护人员巡检不到位引发故障，线路中的螺母松动、脱落，开口销缺失，会让线路中的机械损伤发展为断线、掉线故障。

1.2.6 集电线路断线、倒塔故障

国内曾发生因集电线线路路径在设计时未考虑风向与线路夹角，导致线路运行中受大风长期舞动，导致杆塔部分杆件螺栓松动、部分螺丝脱落、塔材掉落、杆塔整体机械强度下降、最终发生导线断股、杆塔倒塔恶性事故。

风电场集电线路因覆冰导致的倒塔断线事故在国内也时有发生，这一方面由于设计时考虑气象条件不足，线路覆冰厚度、最大风速等条件考虑计算与杆塔强度不匹配，在覆冰严重且面临大风时线路侧向受力超出设计强度发生倒塔事故。

2风电场35KV集电线路常见故障预防

2.1雷击故障预防

雷击故障一般发生在雷雨大风大风等极端恶略天气造成的，在恶略天气来临之前做好预防工作，在雷雨高发的地区使用耐雷性能好的绝缘子，在日常工作中要求相关工作人员定期检查接地网使接地阻值保持在合格状态[2]。集电线路杆塔接地装置，在高土壤电阻率地区时，应采用特殊接地方式，保证杆塔的接地电阻长期有效。在设计优化阶段还应考虑采用双避雷线的设计，降低直击雷跳闸率。对于高雷暴地区，建议采用电缆方案，避免产生雷击事件。由于电缆为全绝缘体，在地中直埋，电缆上部铺设避雷扁钢，可以有效的解决直击雷和感应雷，并且在电缆头两端均设置避雷器，对电缆进行保护。

2.2直流两点接地故障预防

直流两点接地故障会先后发生两个接地故障，发生的几率比较小，预防此类故障的发生，在工作中严格执行相关生产规定，在新设备接入电力系统之前，要保证保护装置和二次回路绝缘装置符合标准，避免设备接入后发生直流两点接地故障，发生直流两点接地故障后应该立即停止二次回路上的工作，查明原因确认与本工作无关后再恢复工作[3]。

2.3鸟害引发故障预防

由于鸟害引发的闪络，可以在绝缘子上发的横担上安装防鸟刺和驱鸟器。针对杆塔上的鸟窝要及时清理，避免引诱蛇类。另外一种方法就是对终端塔跌落保险上下的导线采用绝缘化处理，加装绝缘胶套，采用绝缘导线等方式。

2.4设计施工维护中存在的故障预防

在设计时要根据实地情况具体分析设计合理的施工方法，在施工过程中严格按照设计图纸进行，对风电场35KV集电线路导线弧垂度进行严格的校验，发现有偏差时应该立即進行更正，这样可以避免因导线弧度偏差造成故障。同时工程各阶段要做好验收和监理工作，针对验收缺陷逐一闭环消缺。

维护过程中首先制定合理的维护管理方案，切实的提高巡检质量，保证定期的对配电线路检查，严格奖惩制度。针对雨季、汛期等特殊时段要重点对杆塔的基础等部位加强巡视，避免发生基础损坏导致的倒塔事件。

2.5集电线路断线、倒塔故障预防

集电线线路路径在设计应认真考虑风向与线路夹角，针对历史气象条件做好数据收集，尤其要考虑山区气象条件的局部特殊性，在风口、山口等局部会出现覆冰、风速严重超出区域平均的情况，要针对可能的最大线路覆冰厚度、最大风速等条件要统筹计算，保证杆塔塔形和强度匹配，避免覆冰受力超出设计强度发生倒塔事故。

在日常线路巡视维护和年检中要加强对线路舞动的监视，加强杆塔螺栓、导线接头等检查，发现螺栓松动、导线松股等情况及时查明原因，避免事故扩大。

结论：综上所述，导致风电场35KV集电线路故障问题出现的原因众多，其中对集电线路影响较大的雷击故障与国家相关设计规范尚没有适应目前新能源场站35KV集电线路高可靠性要求的标准有关，采用单支避雷线的设计容易导致线路直击雷跳闸，笔者呼吁行业要尽快建立适应目前新能源风电场集电线路的设计规范，提高集电线路设计标准。同时要加强线路施工质量，加强金具绝缘子的使用验收，加强日常巡线和管理维护工作，加强线路接地电阻测试等技术监督工作，从设计和施工阶段提升35KV集电线路运行可靠性，提高风场的经济效益。

参考文献：

[1]吴益航.风电场35kV集电线路雷击原因分析及优化措施[J].现代商贸工业，2019，40（02）：188.

[2]王则会.关于风电场35kV母线PT柜综合接地保护装置优化探讨[J].科技创新与应用，2018（28）：134-135.

[3]张家伟.风电场35kV集电线路避雷器防雷效果及运行研究[J].科技创新与应用，2020（27）：56-57.

[4]赵静波 刘爱明.浅析风电场集电线路设计安全和优化 [J].风能产业，2014（12）：68-69.