浅谈高海拔风电场输电线路常见故障分析及对策

【摘要】高海拔风电场输电线路运行环境复杂多变，存在很多因素造成继电保护动作闸，针对故障情况进行了初步探讨，并提出相关的措施。【关键词】风力发电继电保护输电线路常见故障前言高海拔风电场多位于山区，自然环境恶劣，气候多变。每年输电线路均要受到气候环境和设备缺陷的影响。笔者结合某公司近四年，多个风电场输电线路的继电保护动作跳闸的统计分析，并提出相关的建议和措施，以提高高海拔风电场的安全性，实现可靠、稳定运行。1.总体情况1.1数据统计某公司2016年-2019年8月，设备异常情况统计如表1所示。2016年-2019年8月共发生314次异常事件，其中线路异常发生266次（包含故障跳闸170次和主动停运消缺96次），占统计总数314次的84.7%。由表2可知，220kV、110kV线路重合成功率为100%，均为雷电瞬时性故障。35kV线路因未安装重合闸装置，在243次异常事故中，有21次瞬时性故障，228次为永久性路故障。2.常见故障类型2.1数据统计根据输电线路异常原因的分类，常见的异常原因主要有8类；1、雷击；2、金具；3、覆冰；4、原因不明（无明显故障点）；5、箱变；6、引流线；7、避雷器；8、电缆头。以上8项常见故障类型占线路异常总次数266次的79.7%。2.2雷击雷电在放电的过程中，会产生各种效应：1、电效应。雷电放电时的大电流会将输电线路的导线烧断或设备绝缘击穿；2、热效应。被雷击的物体瞬间将产生大量热；3、应力效应。由于雷电产生的热效应，来不及消散，使物体内部的水分变成水蒸气，产生爆炸力；4、电磁感应。雷电通道周围回产生强大的磁场，使其附近的金属产生感应电流。根据异常情况数据，雷电对该公司输电线路的影响主要体现在以下3点：1、避雷器击穿，导致单相接地故障；2、雷电感应电，造成单相或相间瞬时故障；3、绝缘子闪络。如图1和图2所示。2.3金具该公司的220kV、110kV和35kV输电线路均采用架空输电线路，故使用了大量线夹、导线压接管和螺栓等，金具的牢靠关系着导线或杆塔的安全，即使损坏一只，也可能造成线路故障。因此，金具的质量、正确使用和安装，对线路的安全送电有一定影响。金具缺陷对输电线路的影响主要有：1、引流线脱落，在大风影响下与相邻导线发生短路；2、支柱绝缘子脱落，在大风影响下与相邻导线发生短路；3、线鼻子连接处断裂或脱落，引起单相故障或者相间短路。如图3-5所示。金具松动、脱落或断裂多发于：1、风况较好的杆塔处，引流线或支柱绝缘子长期受大风影响而晃动，导致引流线和线夹固定处受力不均匀或金属疲劳断裂；2、设备长期在户外运行后出现老化现象；3、装配工艺不合格或未紧固到位，引流线未进行相应的保护；4、高海拔风电场在冬季线路覆冰严重时，会增加引流线的受力，破坏固定金具。2.4覆冰根据数据统计分析，输电线路或杆塔覆冰主要受季节性、海拔高度和极端天气的影响，每年10月至次年4月为高发期，尤其在入冬和倒春寒时覆冰发生的概率最高，受灾的输电线路所处海拔均在2800m以上。覆冰故障次数可占全年故障总数的15%以上。输电线路受覆冰影响主要有三种情况：1、覆冰使杆塔引流线与塔身接地；2、杆塔被积雪压倒、导线因覆冰断裂；3、积雪压倒树枝，落到输电线路上，引起相间故障。如图6-8所示。2.5原因不明引起该类型异常情况的因素很多，如雷电、导线附近的树枝与导线间距离不足、在极端大风情况下导线间发生摆动，发生放电等，故障发生后不容易找到故障点。2.6箱变缺陷该类型异常情况主要发生在：1、箱变设计缺陷，箱变内熔管套密封性不佳，受潮后容易使熔管套绝缘降低，从而导致绝缘击穿；2、箱变内插拔式避雷器存在安装顺序错误的现象，导致箱变内避雷器容易发生击穿的情况。2.7引流线断线该类型异常情况基本为引流线断线，由于引流线和线夹固定处长期在大风作用下，受力不均匀，发生金属疲劳而断裂，断裂后脱落的引流线容易发生摆动，与相邻的导线发生相间短路。如图9所示。2.8避雷器该类型异常情况多出现在运行条件恶劣和运行时间较长的场站，故障发生后，无明显故障点，避雷器外观无明显损坏特征，将避雷器拆下，进行泄漏电流测试后，才能发现老化的避雷器。如图10所示。2.9电缆头该类型异常常见的情况有：1、长期户外运行后，出现老化，绝缘降低而击穿；2、电缆头制作工艺不佳，导致内部击穿；3、电缆井大量积水，电缆受潮，引起绝缘降低，发生击穿现象。如图11-13所示。3.如何降低常见故障对输电线路的影响3.1防雷优化措施3.1.1合理选择输电线路路径，避开山区风口及顺风的河谷和峡谷等、土壤电阻率变化大的区域和地下含有金属性矿产的区域等。3.1.2输电线路使用双避雷线，导线既可以受避雷线的屏蔽作用，又可以降低雷电绕击率。3.1.3在雷击频繁发生的区域，将架空输电线路改换成埋地电缆，不仅可降低雷电对输电线路的影响，还能减少大风、冰雪等对线路的影响。3.1.4适当增加绝缘子片数，提高线路的耐雷水平。绝缘子越长、片数越多，其绝缘能力也越强。3.1.5由于雷电杆塔时，杆塔的塔顶电位与杆塔周围的土壤阻抗率以及杆塔的接地阻抗密切相关，接地电阻值越大，耐雷水平越低，所以降低雷电事故的最有效的方法是降低杆塔的接地阻抗值。3.2金具缺陷、引流线断线优化措施3.2.1在升压站定检期间或配合电网停电期间，登塔开展专项检查工作。3.2.2严格按照行业要求或所属发电公司检修维护管理导则要求，按时按量开展定期巡查工作，根据天气预报情况，在极端天气来临前增加特别巡查。3.2.3根据设备异常台帐，定期更换老化或有缺陷的固定金具或引流线3.2.4针对风况较好的区域选用高强度的固定金具和引流线3.3覆冰防控措施3.3.1充分考虑重冰区输电线路各种不利因素，进行差异化设计，提高线路和杆塔的抗冰能力。同时也要考虑风向与线路走向的关系，尽量使风向与导线轴线基本平行，减少单位时间与单位面积内输送到导线上的水滴及雾粒。3.3.2选择合适的导线。导线的刚度和直径与覆冰息息相关，导线的刚度越低，直径越细，越容易产生覆冰。3.3.3增强杆塔的强度，减少耐张长度，提高导线的最大张力，同时也可以在部分舞动严重的导线上安装防舞动装置等。3.3.4做好输电线路的运行维护工作，提高线路抗覆冰能力。覆冰季节来临之前组织对重冰区线路进行特巡，及时消除线路上的缺陷，紧固重冰区段线路固定金具，补齐备品备件。3.3.5在覆冰严重的区域，将架空线路更换为使用埋地电缆，亦可减少覆冰对输电线路的影响。对于新建线路，可在设计时考虑覆冰问题，选用埋地电缆的方案。3.3.6做好运行维护、事故数据搜集和分析工作，这些事故数据的积累、分析和挖掘，可以为下一步的抗冰工作提供第一手的资料，也可以为线路覆冰的系统研究提供依据。3.4故障原因不明的防控措施3.4.1全面搜集每次的故障信息，建立异常事件台帐。3.4.2邀请设计院或有关专业人员分析可能导致该类型故障的原因，制定相应的措施。3.5箱变缺陷优化措施3.5.1严格按照设备厂家说明书或安装调试手册等，全过程做好设备安装和调试工作。3.5.2把好设备验收质量关，尽早发现设备缺陷和隐患。3.6避雷器防控措施3.6.1定期开展设备预防性试验，更换参数不合格的避雷器。3.6.2建立设备台帐，定期更换老化或有缺陷的避雷器。3.6.3重点关注运行环境恶劣的区域，缩短更换的周期，增加增加专项巡视的次数。3.7电缆头优化措施3.7.1现场人员定期对电缆开展红外测温，对于运行时间较长的电缆，需增加红外测温次数或及时更换电缆。3.7.2严格按照相关规程规范制做电缆头。3.7.3做好电缆井防水措施，可以采用架设电缆架等方式。3.7.4铺设电缆时，尽量使用完整的电