计文博
中广核新能源河南分公司 河南省45000
摘要：随着新能源装机容量的增大，集电线路跳闸造成的电量损失成为电站管理的一个难点，本文从引起电站集电线路跳闸的六大原因入手，进行逐项的分析，提出了相关的技术措施和组织措施，旨在为新能源场站集电线路跳闸问题治理提供一个解决思路。
关键字：新能源、集电线路跳闸
一、新能源场站集电线路跳闸技术原因分析
经过统计研究发现，新能源场站集电线路跳闸排名前六的原因分别是：电缆头/电缆故障（30%）、覆冰（20%）、雷击（18%）、外力及树障（12%）、金具及引线（9%）、外部受累（5%），这六项问题占集电线路故障跳闸总数的96%。下面对集电线路跳闸排名前六的问题进行相关分析。
1.1电缆头/电缆故障原因分析
经过统计分析发现，电缆头/电缆故障主要原因是：
1)现场未把好材料入场关，电缆头/电缆自身质量不合格，不符合设计或规范要求。
2)电缆未按图纸和规范要求进行施工和检测。
3)电缆敷设时未做防护，猛拉硬拽，直接在地面上摩擦，对电缆外皮造成了损伤，造成防护和绝缘减低。
4)截断的电缆未进行防护，潮气侵入电缆铠装和屏蔽层。
5)电缆附件、电缆终端头安装不牢固，造成电缆绝缘降低，长期运行中发生绝缘击穿问题。
6)电缆转弯半径不足，对电缆强度、绝缘造成了机械性损伤。
7)电缆头制作时半导体屏蔽层剥离后，未进行半导体清理，即打磨绝缘层表面后，同时用清洗布多次擦洗绝缘层表面，防止半导体残留。
1.2覆冰故障原因分析
经过分析设计、施工、运维期的集电线路覆冰问题后，我们发现造成集电线路覆冰故障有以下几个原因：
1）设计深度不足，设计值与实际偏差较大，小气候和极端气候特点明显。目前新能源场站集电线路大多是35kV及以下电压等级，其设计依据是《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB50061-2010），该规范的应用主要是国网配电网系统，而配电网系统集中在城镇等环境较好的区域，而新能源场站尤其是山地风电场多是在气候环境恶劣、空气对流强的地方，这些地方风速大、湿气大、雷电活动频繁、覆冰情况严重，这就导致了按照现行设计规范设计的集电线路无法满足新能源场站的现场需求。
2）除了风速的大小对覆冰有影响外，线路走向、导线悬挂高度也对覆冰有一定的影响。经研究表明，风向与导线平行时，或当与导线之间的夹角小于45°或大于150°时，覆冰较轻；风向与导线垂直或风向与导线之间的夹角大于45°或小于150°时，覆冰比较严重。这就造成了在我国东西走向的导线覆冰普遍较南北走向的导线覆冰严重，因此在重冰区线路走线时，尽量避免呈东西走向。
3）不同期脱冰的危害。当连续档线路上不均匀覆冰和不同期脱冰所引起的荷载出现某种不利的组合情况时，杆塔会因受到很大的扭矩和弯矩而遭到破坏。对于导地线而言，若覆冰超载、不均匀覆冰或不同期脱冰均会引起弧垂变化，以致档距中央导地线间距离减小，或者导线对地面或交叉跨越物的净空距离减小而引起放电，也会因绝缘强度降低而造成事故。
4）覆冰容易造成冰闪事故。覆冰绝缘子与污秽绝缘子的耐受电压随等值附盐密度的变化趋势基本一致，覆冰严重的情况下会造成绝缘子冰闪事故。
1.3雷击故障原因分析
深入分析发现雷击故障的主要原因为以下几点：
1）相应的设计依据与现场实际不符，新能源场站的集电线路大多是35kV，通过多次故障分析发现，新能源场站集电线路基本都是按照《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB50061-2010）的要求“杆塔上地线对边导线的保护角宜采用20°～30°，山区单根地线的杆塔可采用25°”设计，从实际运行经验看，单地线保护角偏大，虽符合设计规范要求，但新能源场站尤其是山地风电场多属于高雷暴区，架空地线保护范围过小，容易发生雷电绕击，需采取增加零度或负保护角或加装其他防雷装置，双回路杆塔减少保护角等措施。
2）避雷器的参数选择偏小，泄放电流不足。目前常规设计集电线路均采用标称放电电流为5kA的氧化锌避雷器，从实际运行情况看，放电电流偏小，容易造成避雷器损坏，在电气设备上出现很高的过电压，危及设备绝缘，造成事故。
3）杆塔接地电阻不合格，由于雷电流很大，会产生很高的残压，使附近的设备遭受到雷电反击过电压的威胁，同时过电压会引起绝缘子闪络，导线对地短路，雷电过电压持续时间短，继电保护装置来不及动作，但工频续流沿放电通道继续放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常发电。
4）雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏甚至有可能引发山林火灾。
1.4外力故障原因分析
集电线路外力故障主要包含树障、鸟害、空中漂浮物和外力破坏等。
1）树障：树障导致的集电线路故障多发生在树木生长旺盛的春夏两季，尤其是春季万物萌发的季节，树木生长极为迅速，很多时候超过了运维人员的预估，另外就是山地项目，线路路径状况复杂，导致运维人员巡视周期较长，对树木的生长情况掌握不及时。
2）鸟害：鸟害导致的故障多集中在杆塔，同时鸟害的形成具有一定的季节性，多集中在鸟类繁殖期的3-9月份，鸟害形成一是鸟窝搭建导致线路杆塔位置相线之间的电气距离不足，尤其是在雨天或雾天时更容易发生；二是鸟粪对绝缘子等造成的污染，鸟粪含有大量的导电粒子，容易造成绝缘子发生污闪闪络，这种情况雨雾天气更容易发生。
3）空中漂浮物：主要是春季放风筝的季节，飘落在集电线路上，对集电线路正常运行造成威胁。
4）外力破坏：主要是集电线路警示标识标牌不足，平时宣传沟通不够，作业人员经验不足麻痹大意，同时生产人员对集电线路周围的临时施工发现不及时，临时施工造成集电线路损坏或触电事故。
1.5金具及引线故障原因分析
金具及引线故障除了自然老化磨损的原因之外，发生金具及引线故障的主要原因是使用了老式对接工艺的铜铝过渡线夹，非防风型跌落保险，抑或因运维不到位导致金具卡簧丢失脱扣，螺栓松动脱落，引线裕度过大或污秽严重。
1)铜铝过渡线夹：当铜、铝导体直接连接时，这两种金属的接触面产生电池效应，使铝产生电化腐蚀，造成铜、铝连接处的接触电阻增大，接触点处产生较大的间隙从而加剧增大了接触电阻，运行中就会引起温度升高，最后导致接触点温度过高甚至会发生冒烟、烧毁等事故。
2)非防风型跌落保险：非防风型跌落保险的价格远低于防风型，施工单位为了节省成本，以次充好，而新能源场站尤其是风电场多处于风力资源丰富的地方，若使用非防风型跌落保险，极易造成跌落保险的异常脱落，严重影响场站的正常运行。
3)金具线夹老化或磨损严重：金具尤其是迎风方向的金具在运行几年后，在长期风吹日晒下，会使金具出现裂纹开裂或磨损严重的情况，若发现不及时未得以更换，则有可能造成导线脱落、金具断裂，甚至进一步加剧引起导线断线、杆塔倒塌等事故。
4)金具卡簧丢失脱扣：金具卡簧松脱丢失是线路运行中常见的问题，若发现不及时或补充不到位，则有可能进一步造成螺栓松动、金具脱落的情况，严重的情况，则会继发断线、倒塔等事故。
5)引线裕度过大或污秽：杆塔跨线裕度过大，在风力作用下，引线摆动幅度过大会导致跨线与杆塔的绝缘距离不足，导致引线对杆塔放电造成接地故障跳闸；杆塔跨线处于杆塔下方，容易被鸟粪污染，如果在雨雾时节，鸟粪中的导电因子会因受潮吸水变成导体，很可能造成污闪事故的发生。
1.6外部受累故障原因分析
1)外部受累主要是网侧故障跳闸后导致新能源场站受累全站失电，同时失去发电外送通道，导致新能源场站损失发电量。
2)电网调度部门将变压器中性点接地设置在新能源场站，导致区域内所有的接地故障电流都会经过场站，若此时场站内线路或主变零序保护定值整定级差设置不当，则极易造成场站线路或主变跳闸失电。
3)系统电压或频率等波动导致。根据行业规范规定，新能源场站均安装防孤岛保护装置，故当系统电压、频率出现波动或激烈变化时，新能源场站可能因防孤岛保护动作而导致全站失电。
二、改进的技术措施及建议
2.1对于覆冰频发、高雷暴区域的集电线路优先使用地埋电缆形式，避免覆冰、雷击、鸟害、树障等；若地形原因无法采用地埋电缆形式，则在覆冰重点地段采用“耐—耐”塔型布置方案，在雷暴重点地段杆塔增加线路避雷器和负角保护。
2.2对于电缆头/电缆问题要现场未把好材料入场关，严格按照敷设技术要求敷设电缆，做好防护防潮，做好隐蔽工程监督检查，严格按照设计要求施工，使用技术过硬的专业技术人员制作电缆头，严控工艺标准，推广使用双孔线鼻子，严禁使用对接工艺的铜铝过渡线夹或线鼻子，施工完毕，及时做好电缆标识以及电缆路径定位。
2.3对于线路的覆冰灾害治理，主要在前端设计，设计时尽量避开不利的山脊、垭口、风道和等容易形成覆冰地形，结合实地踏勘修正覆冰设计精准度，对重覆冰区新建线路应尽量避免大档距，适当补强杆塔强度，注意线路与与全年最大频率风向的角度，合理布设地埋电缆，对支持绝缘子进行增加大盘径伞裙阻隔的技改工作，以及在大跨度杆塔段加装防舞动装置等方法。
2.4对于防雷方面，架设避雷线、耦合地线，采取增加零度或负保护角或加装其他防雷装置，双回路杆塔减少保护角等措施，对于同杆双回线路采用不平衡绝缘方式，线路薄弱处装设管型避雷器，高杆塔增加绝缘子片数提高绝缘强度，采用泄放电流较大的避雷器，进行杆塔接地电阻改造，在雷击严重的区域设计定向引雷避雷针，沿线路安装线路避雷器，逐级泄雷，提高线路防雷能力
2.5对于外力防治方面，在植物生长旺盛的春夏季节，加大巡视频次，提前做好线路路径的清障处理，对于鸟害，加装防鸟刺、风力型驱鸟器或综合特性驱鸟器等装置，积极引入新型的防外力破坏防范措施，如防鸟伞罩、防蛇球等。
2.6对于金具及引线故障故障治理。严禁使用对接工艺的铜铝过渡线夹、非防风型跌落保险，要求使用钎焊型或爆焊型工艺的复合板型铜铝过渡线夹和防风型跌落保险，落实至少每年一次的登塔全面巡视维护，及时更换老化或磨损严重的金具线夹，对裕度过大的跨线进行调整，对污秽严重跨线进行加装绝缘防护的改造，对弧垂不符合要求的线段及时进行调整。
2.7测试投入架空集电线路重合闸的可行性，减少故障损失和运维人员劳动强度。目前新能源场站集电线路基本都不投入重合闸，其延续了国家电网的习惯，而新能源场站的架空线路永久故障很少，大多是雷击、鸟害、外力等，因此有必要在自调的架空集电线路上测试投入重合闸的可行性。
2.8加强技术监督工作，对于新投运的输变电设备，及早安排进行投运后首次预防性试验检查，及时获取设备运行后的重要状态信息，为设备管理提供数据支撑；建立输变电设备零部件寿命台账，对绝缘子、瓷瓶、套管、避雷器等进行预防性更换，避免因设备老化性能降低造成事故。
三、改进的组织措施及建议
3.1落实岗位责任制。设计阶段落实设计的准确性、现场适应性、可靠性的保障责任制，落实详细设计、联合审查责任制；工程阶段落实业主、监理、承包商三级责任制；运维阶段落实场站负责人、运行维护人员两级责任制。同时建立质量事故责任追责清单，对事故责任的划分明确化；增加技改费用的投入，推进技改工作的实施，及时跟进技改项目的进展，尽快完成输变电设备存在缺陷的治理工作。
3.2推进设计阶段、工程阶段的精细化管控。新能源场站设计中要更加关注局部小气候的因素，注重气象、水文的调查，做好气象条件走访调研和地质详勘，合理修正气象数据，以实际气象条件作为线路设计的设计输入，提高设计工作精度；做好工程阶段施工专项质量管控精细化提升工作，在工程阶段，严把原材料入场关，严格材料入场检查制度，所有材料入场前要进行入场签点确认，施工单位重要节点施工时，务必全程旁站监督，确保质量可控。
3.3做好继电保护定值整定工作。要求对继电保护进行系统联调，确保保护级差配合正确；同时加强对场站定值的核查监督工作，确保继电保护定值计算正确，投入正常。
3.4 做好监督检查和经验反馈工作。及时总结设备故障治理过程中的经验教训，对优秀经验反馈加以推广，同时建立评价与奖励机制、专项通报机制和经验反馈机制，保证质量责任落实、质量问题可追溯、奖惩有据，确保经验反馈落地。
3.5优化设备巡检、年检和预试程序和标准，建立设备精益化管理方案，对设备老化的判定、技改、更换做出明确要求，并落实长期跟踪和技术研究机制；推建立科学合理的评价制度。新能源行业作为电力行业的新兴力量，有其特殊性，纯粹的借鉴电力行业的经验是不科学的，只有将其消化吸收，融进新能源行业的特点，形成具有新能源特色的科学评价制度，才是评价工作的正确道路。
3.6设备治理的关键，是人才的培养。设备治理工作，归根结底还是人的管理，现场设备问题处置的关键，在于专业技术人才，只有技术人员能力提升了，治理才能达到实效，治理水平才能提升，治理效果才能得到保障。
四、总结
设备治理是一个综合性的复杂工程，涉及到设备全生命周期的各个阶段，各个阶段联系紧密、互补明显，但源头治理是关键，只有控制好了前端的可研、设计、施工管理，运维期的设备质量才能得到保障，前端管理是重中之重，运维期在做好设备治理的同时，要将治理经验及时反馈到前端，从源头提前介入，将设备缺陷消灭在初始阶段。
新能源行业作为电力行业的新兴力量，有其特殊性，纯粹的借鉴电力行业的经验是不科学的，只有将其消化吸收，融进新能源行业的特点，形成具有新能源特色的标准制度，才是新能源行业电力工作的正确选择。随着新能源体量的进一步剧增，国家、行业对新能源事业的关注度也越来越高，相信随着众多新能源从业者的用心参与、努力研究，新能源行业的设备治理工作一定能够取得更好的效果。
参考文献：《风电场35kV集电线路跳闸原因分析》李占儒；
《有效降低风电场35kV集电线路跳闸率的解决方案》丁学光；
《我国风电场35kV集电线路跳闸原因研究》陈冲。