一起风电场35 kV集电线路跳闸事件分析

0引言

在风电场的运行中,集电线路起着至关重要的作用,对于风电场来说,集电线路就像人的大动脉,关系着风电场的安稳运行。因此,对于集电线路运行状态的分析和故障的排查是风电场运行维护的一个重要项目^[1—3]。

本文分析了一起风电场35 kV集电线路跳闸事件,结合35 kV电缆运行情况、电缆终端头及中间头的运行情况、电缆头拆解情况,判定了集电线路跳闸原因是电缆及电缆中间接头长时间运行后,绝缘性能降低。针对此类事故提出了相应的整改措施,即工程施工阶段,要严格落实施工过程质量管理,同时完善设备定期巡检制度,不断提高对集电线路的管理水平,进一步保证风电场的稳定运行。

1 事件概况

该风电场于2006年7月正式动工,每台风力发电机组经箱式变压器升压至35 kV,所有机组所发电能共分至3条集电线路输送至主变压器,再由主变压器升压至110 kV后连接输送至南方电网110 kV线路。2009年,风电场集电线路 (三)送电完成,集电线路(三)共连接11台风机,整条线路距离较长且部分路径需跨海。集电线路(三)由陆上电缆和海底电缆两部分组成,电缆型号为YJV22—35—3×185(陆上电缆)、YJV42—35—3×185(海底电缆)。2022年6月,集电线路 (三)断路器开关3505跳闸,检查断路器开关3505在分闸位置,场站综合自动化系统报“集电线路(三)保护零序电流I段动作”。故障发生前后雷雨天气频繁,天气情况较恶劣。

2故障报警情况

2.1综合自动化系统报警情况

检查集电线路(三)综合自动化系统报“零序过流一段动作”,保护测控装置显示零序电流I段动作电流I_a:0.04 A;I_b:0.26 A;I_c:0.03 A;I_o:1.2 A。零序电流I段动作值0.75 A(零序电流二次变比为1:100,动作值为75 A,保护动作时电流达120 A),实际电流远超设定的动作值。综合自动化系统报警情况如图1所示。

2.2故障录波启动情况

检查风电场故障录波记录,发现故障发生时主变低压侧B相电压降低,故障发生瞬间降低至80 V左右,A、C相电压较大,故障发生瞬间A、C两相相电压升高至约150 V,B相电流升高至0.18 A,A、C两相电流降低至0.1 A左右,故障发生瞬间零序电压骤升至140 V左右,B相电压降低而电流升高,零序电流为0,零序电压偏大。故障录波记录如图2所示。

3现场检查情况

事件发生后,现场检查情况如下:

故障发生后立即组织相关单位人员对集电线路(三)整段线路进行逐一排查。对集电线路(三)#23风机至变电站段绝缘值进行检测,发现B相绝缘值较低,如表1所示。

判断故障为#23风机至变电站段电缆B相接地。经排查,线路跳闸是由#23风机箱变端终端头故障导致,且现场检查发现终端头有发热现象。#23风机箱变端终端头故障情况如图3所示。

更换#23风机电缆终端头后,检测集电线路(三)三相绝缘均正常,绝缘值如表2所示。

更换#23风机电缆终端头后,线路试送电发现集电线路(三)仍然跳闸,分段检测集电线路(三)绝缘情况如表3所示。

运维人员对变电站至#23风机箱变线路进行耐压试验并施加脉冲信号寻找故障点,确认故障点在距离变电站约1600m位置,初步判断位于电缆工井7(#13风机附近),故障点处电缆中间接头存在击穿现象。工井7电缆中间接头击穿现象如图4所示。

工井7内部电缆中间接头在2021年发生过电缆头击穿故障,故障维修采取了热熔的电缆中间头技术,故障维修完毕距离本次故障发生仅一年时间。

中间头制作完毕后进行绝缘测试,绝缘测试值为:A相9.2 GΩ;B相30.1 GΩ;C相19.1 GΩ,绝缘全部合格。同时开展耐压试验,耐压试验结果如下:A相顺利通过耐压试验,但B、C两相未能通过。运维人员再次对变电站至#23风机箱变线路进行耐压试验,并施加脉冲信号寻找故障点,确定故障点位置在离#23风机箱变约1930 m位置,位于电缆工井4(#17风机附近),开挖电缆井发现电缆中间接头已击穿,中间接头位置存在放电灼烧现象。检查电缆发现,主绝缘层氧化变黄,存在氧化现象,主绝缘层内部存在较细的气泡。工井4电缆图片如图5、图6所示。

4故障原因分析

4.1故障报警情况分析

保护测控装置显示零序电流I段动作。零序电流达到120 A,从故障波形图中可以看出,该条集电线路A、C两相相电压升高,B相电压接近为零而电流偏大,零序电流及电压均偏大,可以判断集电线路(三)B相存在接地故障。

4.2现场检查情况分析

根据现场检查情况,可以看出#23风机电缆终端头发热出现故障,工井4、工井7内电缆中间头出现击穿现象。

对于工井4内的电缆接头,由于该段电缆为2009年投入运行,电缆及电缆中间接头长时间运行后,绝缘性能降低。结合天气情况进行分析,故障发生前后雷雨天气频繁,电缆运行环境潮湿,进一步降低了电缆绝缘,导致电缆中间接头绝缘击穿,引发故障跳闸。

对于工井7内的电缆接头,2021年工井7内电缆接头采用了热熔的连接方式,该风电场其他电缆接头均采用铜管压接的冷缩头工艺,下面对比热熔接头和压接工艺的区别。

铜管压接的冷缩头工艺将两段电缆的导电体通 过铜管压接连接在一起,导电体外侧绝缘层采用绝缘冷缩管进行连接^[4]。铜管压接的冷缩头有以下几个特点:1)材料电气性能优良;2)电气性能稳定;3)结构型式合理;4)安装操作方便;5)密封性能可靠;6)材料成本较低。

热熔接头工艺是将电缆线芯加入对应电缆线芯截面铜粉,用引线点燃使其产生化学反应,将两端电缆线芯熔为一体,冷却后打磨处理至与原电缆线芯等径以实现导体材料连接^[5]。再将电缆内半导电层、主绝缘层及外半导电层三层熔合,通过仪器设备工装模具加热交联将新内半导电层、新绝缘层、新外半导电层与电缆本体内半导电层、绝缘层、外半导电层三层交联熔合成为一体。

经对工井7内发生故障的电缆头排查后发现,2021年经热熔工艺维修的电缆中间接头中新旧绝缘材料熔接效果差,绝缘配合不好,导致运行仅一年便发生故障现象。由于该风电场电缆运行时间较长,所以本次故障抢修便采用铜管压接的冷缩头工艺,改善新旧绝缘材料的绝缘配合。

5防范措施

1)严格把控施工工艺。在制作电缆中间接头时,要严格把控施工工艺,做好电缆中间接头防水工作,回填沙土前要把控好中间接头下方的支撑工艺,减轻中间接头垂直受力,并把控好电缆井的排水工艺。

2)严格执行箱变巡检制度。应监视风机箱变及电缆终端头温度情况,做好测试记录,及时发现安全隐患,及时处理,防止事故发生。

3)严格关注电缆参数。在电缆绝缘测试过程中,除电缆绝缘值外,还应关注吸收比的测量记录和变化趋势比对,方便更精确地对电缆情况进行判断。

[参考文献]

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[2]刘冠骞,曾伟峰.浅谈一起10kV电力电缆中间头故障的原因分析[J].科技资讯,2017,15(29):20-21.

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2024年第18期第5篇