一起風電場35 kV集電線路跳閘事件分析

0引言

在風電場的運行中,集電線路起著至關(guān)重要的作用,對于風電場來說,集電線路就像人的大動脈,關(guān)系著風電場的安穩(wěn)運行。因此,對于集電線路運行狀態(tài)的分析和故障的排查是風電場運行維護的一個重要項目^[1—3]。

本文分析了一起風電場35 kV集電線路跳閘事件,結(jié)合35 kV電纜運行情況、電纜終端頭及中間頭的運行情況、電纜頭拆解情況,判定了集電線路跳閘原因是電纜及電纜中間接頭長時間運行后,絕緣性能降低。針對此類事故提出了相應(yīng)的整改措施,即工程施工階段,要嚴格落實施工過程質(zhì)量管理,同時完善設(shè)備定期巡檢制度,不斷提高對集電線路的管理水平,進一步保證風電場的穩(wěn)定運行。

1 事件概況

該風電場于2006年7月正式動工,每臺風力發(fā)電機組經(jīng)箱式變壓器升壓至35 kV,所有機組所發(fā)電能共分至3條集電線路輸送至主變壓器,再由主變壓器升壓至110 kV后連接輸送至南方電網(wǎng)110 kV線路。2009年,風電場集電線路 (三)送電完成,集電線路(三)共連接11臺風機,整條線路距離較長且部分路徑需跨海。集電線路(三)由陸上電纜和海底電纜兩部分組成,電纜型號為YJV22—35—3×185(陸上電纜)、YJV42—35—3×185(海底電纜)。2022年6月,集電線路 (三)斷路器開關(guān)3505跳閘,檢查斷路器開關(guān)3505在分閘位置,場站綜合自動化系統(tǒng)報“集電線路(三)保護零序電流I段動作”。故障發(fā)生前后雷雨天氣頻繁,天氣情況較惡劣。

2故障報警情況

2.1綜合自動化系統(tǒng)報警情況

檢查集電線路(三)綜合自動化系統(tǒng)報“零序過流一段動作”,保護測控裝置顯示零序電流I段動作電流I_a:0.04 A;I_b:0.26 A;I_c:0.03 A;I_o:1.2 A。零序電流I段動作值0.75 A(零序電流二次變比為1:100,動作值為75 A,保護動作時電流達120 A),實際電流遠超設(shè)定的動作值。綜合自動化系統(tǒng)報警情況如圖1所示。

2.2故障錄波啟動情況

檢查風電場故障錄波記錄,發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時主變低壓側(cè)B相電壓降低,故障發(fā)生瞬間降低至80 V左右,A、C相電壓較大,故障發(fā)生瞬間A、C兩相相電壓升高至約150 V,B相電流升高至0.18 A,A、C兩相電流降低至0.1 A左右,故障發(fā)生瞬間零序電壓驟升至140 V左右,B相電壓降低而電流升高,零序電流為0,零序電壓偏大。故障錄波記錄如圖2所示。

3現(xiàn)場檢查情況

事件發(fā)生后,現(xiàn)場檢查情況如下:

故障發(fā)生后立即組織相關(guān)單位人員對集電線路(三)整段線路進行逐一排查。對集電線路(三)#23風機至變電站段絕緣值進行檢測,發(fā)現(xiàn)B相絕緣值較低,如表1所示。

判斷故障為#23風機至變電站段電纜B相接地。經(jīng)排查,線路跳閘是由#23風機箱變端終端頭故障導(dǎo)致,且現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)終端頭有發(fā)熱現(xiàn)象。#23風機箱變端終端頭故障情況如圖3所示。

更換#23風機電纜終端頭后,檢測集電線路(三)三相絕緣均正常,絕緣值如表2所示。

更換#23風機電纜終端頭后,線路試送電發(fā)現(xiàn)集電線路(三)仍然跳閘,分段檢測集電線路(三)絕緣情況如表3所示。

運維人員對變電站至#23風機箱變線路進行耐壓試驗并施加脈沖信號尋找故障點,確認故障點在距離變電站約1600m位置,初步判斷位于電纜工井7(#13風機附近),故障點處電纜中間接頭存在擊穿現(xiàn)象。工井7電纜中間接頭擊穿現(xiàn)象如圖4所示。

工井7內(nèi)部電纜中間接頭在2021年發(fā)生過電纜頭擊穿故障,故障維修采取了熱熔的電纜中間頭技術(shù),故障維修完畢距離本次故障發(fā)生僅一年時間。

中間頭制作完畢后進行絕緣測試,絕緣測試值為:A相9.2 GΩ;B相30.1 GΩ;C相19.1 GΩ,絕緣全部合格。同時開展耐壓試驗,耐壓試驗結(jié)果如下:A相順利通過耐壓試驗,但B、C兩相未能通過。運維人員再次對變電站至#23風機箱變線路進行耐壓試驗,并施加脈沖信號尋找故障點,確定故障點位置在離#23風機箱變約1930 m位置,位于電纜工井4(#17風機附近),開挖電纜井發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭已擊穿,中間接頭位置存在放電灼燒現(xiàn)象。檢查電纜發(fā)現(xiàn),主絕緣層氧化變黃,存在氧化現(xiàn)象,主絕緣層內(nèi)部存在較細的氣泡。工井4電纜圖片如圖5、圖6所示。

4故障原因分析

4.1故障報警情況分析

保護測控裝置顯示零序電流I段動作。零序電流達到120 A,從故障波形圖中可以看出,該條集電線路A、C兩相相電壓升高,B相電壓接近為零而電流偏大,零序電流及電壓均偏大,可以判斷集電線路(三)B相存在接地故障。

4.2現(xiàn)場檢查情況分析

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況,可以看出#23風機電纜終端頭發(fā)熱出現(xiàn)故障,工井4、工井7內(nèi)電纜中間頭出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

對于工井4內(nèi)的電纜接頭,由于該段電纜為2009年投入運行,電纜及電纜中間接頭長時間運行后,絕緣性能降低。結(jié)合天氣情況進行分析,故障發(fā)生前后雷雨天氣頻繁,電纜運行環(huán)境潮濕,進一步降低了電纜絕緣,導(dǎo)致電纜中間接頭絕緣擊穿,引發(fā)故障跳閘。

對于工井7內(nèi)的電纜接頭,2021年工井7內(nèi)電纜接頭采用了熱熔的連接方式,該風電場其他電纜接頭均采用銅管壓接的冷縮頭工藝,下面對比熱熔接頭和壓接工藝的區(qū)別。

銅管壓接的冷縮頭工藝將兩段電纜的導(dǎo)電體通 過銅管壓接連接在一起,導(dǎo)電體外側(cè)絕緣層采用絕緣冷縮管進行連接^[4]。銅管壓接的冷縮頭有以下幾個特點:1)材料電氣性能優(yōu)良;2)電氣性能穩(wěn)定;3)結(jié)構(gòu)型式合理;4)安裝操作方便;5)密封性能可靠;6)材料成本較低。

熱熔接頭工藝是將電纜線芯加入對應(yīng)電纜線芯截面銅粉,用引線點燃使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),將兩端電纜線芯熔為一體,冷卻后打磨處理至與原電纜線芯等徑以實現(xiàn)導(dǎo)體材料連接^[5]。再將電纜內(nèi)半導(dǎo)電層、主絕緣層及外半導(dǎo)電層三層熔合,通過儀器設(shè)備工裝模具加熱交聯(lián)將新內(nèi)半導(dǎo)電層、新絕緣層、新外半導(dǎo)電層與電纜本體內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層、外半導(dǎo)電層三層交聯(lián)熔合成為一體。

經(jīng)對工井7內(nèi)發(fā)生故障的電纜頭排查后發(fā)現(xiàn),2021年經(jīng)熱熔工藝維修的電纜中間接頭中新舊絕緣材料熔接效果差,絕緣配合不好,導(dǎo)致運行僅一年便發(fā)生故障現(xiàn)象。由于該風電場電纜運行時間較長,所以本次故障搶修便采用銅管壓接的冷縮頭工藝,改善新舊絕緣材料的絕緣配合。

5防范措施

1)嚴格把控施工工藝。在制作電纜中間接頭時,要嚴格把控施工工藝,做好電纜中間接頭防水工作,回填沙土前要把控好中間接頭下方的支撐工藝,減輕中間接頭垂直受力,并把控好電纜井的排水工藝。

2)嚴格執(zhí)行箱變巡檢制度。應(yīng)監(jiān)視風機箱變及電纜終端頭溫度情況,做好測試記錄,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,及時處理,防止事故發(fā)生。

3)嚴格關(guān)注電纜參數(shù)。在電纜絕緣測試過程中,除電纜絕緣值外,還應(yīng)關(guān)注吸收比的測量記錄和變化趨勢比對,方便更精確地對電纜情況進行判斷。

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2024年第18期第5篇