风电场常见电气线路的故障与处理

　　张立刚　郑少恒

　　（中国电建集团河北工程有限公司，河北 石家庄 050000）

　　摘要：在生态建设发展的时代背景下，风力发电逐渐成为我国电力能源生产的主要产业，在能源发展领域中居于非常重要的地位。而风电场作为生产风电的主要工作场所，其线路的安全性对风电系统的高效运行有直接影响。从风电企业的电气技术处理来看，要对电气线路的故障处理提起重视，对出现线路故障问题的内容开展详细的分析，并以此为基础寻找有效的问题处理措施。

　　关键词：风力发电；电气线路；故障排除；诊断　　文献标识码：A　　中图分类号：TM614

　　文章编号：2096-4137（2022）18-83-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2022.18.27

　　如今，风能应用技术发生了日新月异的变化，也逐渐提升了风电的实用性。风力发电已逐渐成为我国主要的发电方式，能实现发电零排放，对我国环境保护做出了更大的贡献。在这一背景下，风能发电得到了国家层面的高度重视，国家在风能发电方面作出了长远规划，相继出台了多项风电企业发展激励性政策，推动了很多风力发电企业的发展。但风能发电也有其自身劣势，其速度与方向很难被控制。

　　我国的风电场主要分布在华北、东北与西部经济欠发达地区，进行风电的并网传输是实现风电能源发展的有效途径，也是实现风电能源发展的最大障碍。为了提升风电发电的效率，必须针对风能自身的缺陷提升风电场发电的稳定性，不仅要改良风电机组的控制方式与结构，做好风电场的选择、接地方式与器件选型方面的预算方案，也要做好风电场线路的维护，恰当地选择电气线路的故障处理方法，确保风电场电气线路的平稳运行。这对我国节能减排与环境资源保护有重要的意义。

　　1　风电场线路概述

　　根据风力发电使用的材质，可将电气线路分为电缆线路与架空线路，可根据其用途对输电线路与配电线路进行划分。利用集电线路进行风电场电能的输送，而集电线路运用中可根据需求采用地埋电缆与架空电缆两种接线方式，在电能输送中发挥其对应的连接功能。由于风电场的线路非常复杂，所处的环境也不尽相同，通常是将这两种线路连通方式根据需求进行混用来连接线路。在电能输送方面，架空线路的输送方式和技术经历了时间的考验，已经较为成熟，并有一定的经济性价值，其劣势主要体现为对外界环境适应性不足，很容易受外界环境因素的影响，海上风电场和旅游景区一般不选择这样的线路连接方式。电缆线路连接方式的主要优点是环境适应能力强，能有效降低线路故障的发生率，施工与维护管理难度小，在山地风电场与沿海风电场得到了广泛应用。

　　2　风电场线路故障采用的排除方法

　　2.1　故障排除直观法

　　在风电场发电运行过程中，为了确保其运行过程顺畅，通常需要进行日常检查与维护，不仅要定时检测相关的设备仪器，还要分析相应管理方法是否合理。直观法是运行过程中最常见的故障排除方法，是通过对电场线路的直接检修，技术人员结合自身的检验经验对电气设备运行的故障具体情况进行综合评价，并使用常规性的检测工具、仪器对仪器的故障位置进行检查，将发生故障的范围进行从大到小的缩减性排查，最后找寻到发生故障的根本原因。该事故检测方法对技术人员的技术要求较高，只有具有丰富检测经验的人才能胜任，在进行故障问题排查的过程中要进行准确的操作处理。

　　2.2　故障状态检查法

　　风电场系统中包含大量的电气设备仪器，每个设备仪器的功能与状态都不相同，一般会根据用途的不同进行不同的工作任务分区。在运用状态检查法的过程中，必须对不同区域做好分析检查，逐步对出现故障的原因进行分析，不断缩减其故障范围，最后准确定位发生故障的准确位置。在风电场故障处理过程中运用该方法，需要对不同电路电气设备的运行故障进行分析，以设备的故障报警与风场故障录波对故障位置、出现故障的内容做出相应判断，确定风电场故障发生的根本原因，从而做好针对性的故障处理，为风电场线路运行提供保障。

　　2.3　故障回路分割法

　　封闭的电力线路被称作回路，通常在这样的电力闭合性线路运用过程中只有进行闭合才能发挥其主要作用。一般情况下，风电场供电线路只有采用多回路的电力输送方式，才能发挥电力输送功能性价值，为线路的安全性提供最好的保障。一旦风电场的故障发生在大的电力回路中，如果线路的功能性无法得到满足，必将对相应的电力回路带来不良影响。在多个电力回路共同组成的大电力回路中，进行故障检查选用回路的分割法是通过电力回路找寻到出现故障的单一回路，确定出现故障的线路，从而对具体的问题线路进行检查和维修。

　　2.4　线路单元分割法

　　在电气线路故障的排查过程中，单元分割法也是一种常见的方法。单元分割法是以电气装置和原有的电路作为独立性的功能，在进行线路故障的排查过程中根据不同功能的单元划分对故障问题进行逐一排查，通过排查到的具体现象对发生故障的功能性单元展开判断，从而确定具体故障的准确位置。运用单元分割法进行线路故障排查，需要检查线路运行的具体状态，准确判断出现故障的单元，从而找到发生故障的实际原因。

　　这样的线路故障排查方式需要根据不同线路单元的功能性进行详细划分，在具体的单元划分中必须采用对应的相关标准，在重视相应标准的前提下进行结构特点、功能性的标准划分，才能实现单元分割故障排查的目的。

　　3　风电场事故案例与线路常见故障分析

　　风电行业事故案例分析报告显示，近年来我国的风电公司在进行电力设备调试的过程中发生了多起设备事故，对设备调试工作人员的生命安全与风电场的经济效益产生了直接的不利影响。通过对安全事故与故障问题进行总结，其主要问题体现为以下三个方面：风电场的管理不规范，对设备参数监督失控；风电机厂家管理不善，参与调试的工作人员技术不到位，产品设计中存在安全链作用；设备制造的质量不达标，存在实际的安全隐患。

　　3.1　案例一

　　2021 年1 月20 日，某公司在山西左云的风电场，电气设备日常维护工作人员进行“风叶机片主梁加强”作业，由于原叶片厂家的质量不达标，历经一周时间完成相关工作之后，维护人员就地启动风机。1 月21 号，风机发出“桨叶收桨太慢”等内容的多个报警，应立即做停机处理。1 月27 日，风电缺陷管理工作人员通知日常维护负责人，对人员处理缺陷进行处理之后进行复位并启动。2 月1 日3:30 分之后，该机组风机没发现任何异常信息，到现场巡视之时发现该风电机组已经倒塌。风机倒塌现场情况混乱，25 号塔筒中、下端法兰的连接处折断倒塌，其法兰盘脖颈距离端部出现了撕裂连接螺栓孔83 孔，1/3 螺栓断裂42 个，其中塔筒下法兰1/3 处撕裂随着中塔筒倒下，塔筒中段、风机机舱、上段、轮毂顺势平铺在地面上。

　　风力发电机被摔落在地上，齿轮箱与轮毂主轴轴套出现断裂，叶片边缘破裂散落于地上。通过现场现象进行事故发生原因分析可知：本次事故由塔架制作和螺栓质量不达标因素引起。由此可见，风电场中各设备的质量非常重要，电气线路质量也应得到高度重视。

　　3.2　案例二

　　2021 年4 月15 日凌晨，大风袭击了渤海山东海域，大风与天文大潮、海浪等环境因素产生了交互性影响，产生了强烈的强风暴潮，海面出现了5 米高的巨量，对沿海地区的基础性设施造成了非常严重的损失。华能风电公司位于滨海、寿光、河口的建设项目也受到了严重损失。特别是一期项目建设的4.58 万千瓦的风力发电场，32 台风机都安装于某集团的防潮堤坝外部，遭受了海面风暴的直接侵袭，其吊装平台的挡墙直接被推倒，32 台风力发电机受到不同程度的损害，风电基座发生了大量的土石方流失。风机箱式压力器的根基外露，风机基座浇筑的项目被迫停工报废，给风电企业造成了巨大的经济损失。

　　风力发电场所处的电能生产环境非常复杂，随时会遭受外界天气与环境因素的考验，并且风电机组生产运行过程中本身就面临着很大的风险因素。对于电气线路有与其他行业不同的专业要求，除了不可预见的自然灾害，还要通过技术水平的不断提升与电气线路故障的预测有效降低风电场运行风险，为风电企业发展提供最基础的保障。

　　3.3　风电场线路故障分析

　　进行风电场线路故障分析，主要是根据相关的标准对断路、断路、接地三方面进行分析，在故障分析过程中会对三芯电缆一线或两线接地、三厢芯线短路、一相芯线断路等多个部分进行排查。在进行故障线路检测的过程中，要对保护动作的情况、风机和箱变的运行情况进行检查，分析故障发生的原因，寻找存在的故障点，确定故障点之后立即进行线路断电处理，利用保护工作开关的跳开工作对线路进行保护，根据保护工作情况记录做好线路保护动作，及时查看故障发生的原因，确保线路正常运行。

　　一旦出现三相短路现象，应利用线路的过流保护和线路速断保护切除故障。在速断保护过程中，要对开关柜的进线及升压站进行严格检查，实际查看电缆接头是否有烧焦的现象。出现单相接电故障时，可通过线路零序保护切除故障源头，对特殊的风电场接地方式要采用与实际相一致的检查方式。

　　4　风电场电气线路故障的解决策略

　　4.1　加强预防性措施的实施力度

　　风电场易受环境影响，需要经受天气变化与自然环境的考验，因此对线路质量的要求非常高，必须做好充分的准备，采取相应的防范性措施，除了提升电气设备与线路的抗性之外，还要做好雷电接地处理，有效防止雷电对电路造成损害。进行线路铺设时，也要做好相应的处理，对后期的运行维护管理做好预期处理。在施工管理过程中，要把好质量关，杜绝出现质量隐患，以免给后期的线路维护带来麻烦。为了顺利开展电力维护工作，风电企业要制定相应的管理制度，有效避免工作人员出现工作疏忽，做好权责划分，并实施责任跟踪制度，防止发生人为安全事故。通过制度的约束，提升线路维护工作人员的责任心，确保风电场电力生产顺利进行。这样的故障点顺检规则适用于不同的规则方法，除了关注其检测要点，还应做好相应分析，并对检测过程的位置做好相应标记。

　　4.2　对故障进行科学处理

　　当出现断线与接地故障情况时，可采用绝缘电阻测量法对线路进行检测。在线路估测中，先断开相应的设备线路，实现与整个系统的隔离，为验电工作的安全性提供保障。完成线路的检测工作之后，进行线路连通和合理放电。对需要拆除的电缆进行检测时，要对线路做好相应的标记，防止因线路不清晰而出现不必要的麻烦，预防发生线路安全事故。在非直接短路故障问题处理过程中，可采用分段检测的方式，一般情况下线路的接头部位是很容易出现故障的部位，对这些接头部位进行线路检测，对接线箱、开关柜出口位置、高压部分进行分析。

　　4.3　电力线路检查方法的主要注意事项

　　在进行线路故障检查的过程中，要对发现的故障进行有效处理，以此为线路的安全性提供保障。根据实际的线路情况选择恰当的故障检查方法，必然要先切断电源，对范围内的线路做好合理检测，对可能出现问题的部位做好针对性检查，通过不断缩小其检测范围及时发现网络漏洞。检测故障分析值达到零之后，代表故障问题消除。当应用这些检测方法和规则出现不同问题时，要密切关注检测要点。

　　5　结语

　　要提升风电企业的经济效益，为我国电能建设做出更多的贡献，必须密切关注风电场的运行情况，及时解决风电场线路中出现的故障和问题，有效避免风电场安全事故的发生。对于处于特殊环境之内的风电场，要提升对其的关注力度，提升线路检测的密度与精准性，不断总结线路维护的工作经验，做好技术方面的工作创新，提升故障诊断与故障处理的工作效益。

　　作者简介：张立刚（1965-），男，天津人，中国电建集团河北工程有限公司高级工程师，研究方向：生产过程自动化。

　　参考文献

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　　（责任编辑：周羿廷）