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【摘 要】 随着全国风力发电的迅速扩张，山区风力发电场的架空集电线路普遍存在故障多、故障频繁等现象，为项目建设单位带来很多问题并影响经济效益。下面就故障发生的原因和如何降低线路故障进行简单的分析。
【关键词】 风力发电;集电线路;故障;处理措施
一、风电场集电线路发展状况
在煤资源越来越少，传统火电能耗高，环境污染大，经济效益越来越差。在全世界节能减排，保护环境的呼声日益高涨的形势下，由于风电是清洁可再生能源、技术成熟、投资较小、见效快、政策扶持力度大，在国内得到了迅猛发展。
我国风力发电场选址多位于人口密度較低的山区，而升压站为方便运行检修值班等工作多位于山脚下。这就形成了风力发电机发出的电能，由场内集电线路将其传输到升压站，进行升压后送入电力系统。由于电能大量储存较困难，风力发电机发出的电能一般都是实时传输到系统中的，这就对集电线路的可靠性提出了较高的要求，然而在山区的风电场风机大多位于山脊或山顶，自然环境比较恶劣集电线路常年受大风、覆冰、低温的影响给线路安全运行带来了极大的考验。现阶段我国大部分风力发电工程都以招投标方式进行设备和施工单位的确定，由于竞争激烈设备厂家和施工单位纷纷降低投标价格，导致一些设备用料不足，施工单位水平参差不齐。另因部分材料由施工单位采购，施工单位为降低成本，采购材料时一般都以低价优先的原则进行采购，为集电线路的安全运行埋下了隐患。
以下就我院应邀对某风电场场内35kV集电线路进行改造，改造过程中发现如下问题并提出相应改造方案，对于部分不易处理的问题给业主方提出了建议，便于对后期工程的指导和改进。
二、线路存在的问题和解决方案
位于张家口市赤城县与沽源县交界处某风电场，于2010年试运行期间曾多次发生线路倒塔、跳闸、接地及闪络故障。当出现覆冰并伴有大风天气时线路故障更是频繁出现。同时伴有导线断线和ADSS光缆断裂等情况。我院受委托两次对此风电场进行现场踏勘，以下是对所发现的问题进行展开分析。
1.支柱绝缘子问题
由于本风电场电缆引下采用变电站用瓷质绝缘子为支撑绝缘子，其自身重量较重一般每支为18kg左右，每基杆塔需安装6-18支，增大杆塔负荷同时其迎风及覆冰面积较大给杆塔安全运行带来不利影响。
解决方案：建议改为复合横担绝缘子，其重量轻（每支约3kg）体积小、安装方便、减轻了杆塔荷载，利于线路安全运行。
改造困难程度：改造困难度容易，改造成本低，但线路需停电可结合线路检修一并进行。
2.直线塔电缆引下问题
因直线塔设计承载负荷较小，在直线塔上采用电缆引下，增大了杆塔负荷当发生恶劣天气时，极宜造成杆塔过负荷;同时杆塔上安装瓷支柱绝缘子，其本身较重、受风和覆冰面积均较大，增大了杆塔发生事故的机率。
解决方案：改为耐张塔做电缆引下塔。
改造困难程度：改造困难度较难，改造成本高，更换杆塔需要重新做基础、购买塔材，消耗时间长、投资大，宜结合日后的改造工作，对相关部分提出改造建议。
3.电缆固定问题
电缆固定不规范，《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007规定35kV及以上电缆垂直敷设时，最大固定间距不得大于3.0m，我院建议电缆固定间距为2.0-2.5m。现场踏勘时发现电缆固定间距普遍偏大，部分电缆固定间距达到5-6m;以及电缆固定卡具松脱现象较为普遍，电缆卡具松脱可增大电缆老化程度，终端头附近电缆卡具长时间松脱，因风速较大震动频繁还可导致电缆头接线端子损坏;同时还发现个别电缆采用铁丝进行绑扎固定，因本风场采用单芯电缆不能采用钢质和铁质材质进行固定，由于电磁感应造成铁件发热易造成电缆损坏。
解决方案：增加电缆固定金具和更换合适电缆卡具，补充衬垫物重新固定电缆。
改造困难程度：改造困难度较低，改造成本较低。
4.电缆终端头及避雷器问题
本风电场的电缆终端头伞裙较小、爬电距离近、易造成污闪、冰闪等现象。且因冷缩头具有一定的耐电痕、耐高温能力不宜留下痕迹，当覆冰严重时由于终端头爬电距离小造成线路瞬间故障短路跳闸后，很难发现故障点，为日后安全运行埋下隐患。
并经现场踏勘发现本风电场架空线引接电缆处均未装设避雷器，当线路发生绕击现象时极易造成电缆及电缆附件击穿和爆裂等现象。
解决方案：更换电缆终端头、增加避雷器。
改造困难程度：改造困难度较难，改造成本高，更换电缆终端头需要消耗大量资金及人力，且受电气间隙限制增加避雷器难度较大，宜结合日后的改造工作，对相关部分提出改造建议。
5.避雷器放电计数器问题
本风电场站前电缆终端塔电缆引下处避雷器未加装放电计数器，当线路发生绕击现象造成线路跳闸后不宜查找故障点，无法进行线路故障统计以及无法收集线路受雷害机率的大小，影响线路运行维护。
解决方案：增加避雷器放电计数器。
改造困难程度：改造困难度较容易，改造成本较低。
6.跳线串问题
本风电场耐张塔采用的复合绝缘子作为跳线串，因其重量轻（每支约2.6kg）刮风时摆动角度较大，极易发生对铁塔下横担面放电现象，造成线路单相接地故障。
解决方案：建议更换瓷绝缘子做跳线串。
改造困难程度：改造困难度较容易，改造成本一般，但线路需停电可结合线路检修进行一并进行。
7.防鸟害问题
因本风电场海拔较高、温度较低，不利于树木生长，可供鸟类选择栖息点较少，根据其它地区风电场的运行经验铁塔头部极易成为鸟类的栖息地。当杆塔上栖息鸟的数量较多时，其粪便可能会排泄到悬垂串或跳线串上造成线路闪络，影响线路安全运行。 解决方案：可增加瓷绝缘子保护悬垂串及跳线串，也同时可安装驱鸟器等措施。
改造困难程度：改造困难度较容易，改造成本一般，但线路需停电可结合线路检修进行一并进行。
8.相间间隔棒问题
为本风电场现状安装的相间间隔棒，其两端采用活动金具进行连接，当线路发生舞动或导线脱冰跳跃的现象时，导线将动能通过相间间隔棒传递到另一根导线，由于间隔棒中间有活动杆件造成动能传递延时，使两根导线不能同步摆动。此时虽能保证相间间隔棒安装部位电气间隙满足要求，但此档的小档距中央导线舞动严重，且两根导线不是同步摆动极宜造成相间短路现象的出现。
如果当导线舞动使中间间隔棒两端的活动金具同时合并至中间间隔棒中部时，此相间间隔棒就转变为以导线为中心的离心锤，此时如果有合适的风速推动间隔棒本体晃动，就可能造成两根导线缠绕在一起的现象出现（本风电场发生过两次相间间隔棒处导线缠绕现象）。
建议采用硬支撑相间间隔棒，因其两端均采用固定金具，当发生线路舞动或线路脱冰跳跃时，通过相间间隔棒强迫两根导线同步摆动，可大大降低发生相间故障的机率。
解决方案：更換相间间隔棒。
改造困难程度：改造困难度较低，改造成本一般，但线路需停电可结合线路检修进行一并进行。
三、总结
通过对以上问题的发现处理，提高了自身的设计能力同时也给自己敲响了警钟，以后的工作中我们应以严谨的态度认真对待设计中的每一个细节。业主单位在设计和施工时也可参考性的提出指导意见，尽早消除隐患。运行人员也可以从以上几方面加强维护管理，在线路出现故障时，进行有重点的排查，可尽早发现问题解决问题。
参考文献：
1） 《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB50061-2010）
2） 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）
3） 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
4） 《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）
5） 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）
6） 《高压电缆选用导则》（DL/T401-2002）
7） 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）
8） 《电力系统高压送电线路设计手册》
【关键词】 风力发电;集电线路;故障;处理措施
一、风电场集电线路发展状况
在煤资源越来越少，传统火电能耗高，环境污染大，经济效益越来越差。在全世界节能减排，保护环境的呼声日益高涨的形势下，由于风电是清洁可再生能源、技术成熟、投资较小、见效快、政策扶持力度大，在国内得到了迅猛发展。
我国风力发电场选址多位于人口密度較低的山区，而升压站为方便运行检修值班等工作多位于山脚下。这就形成了风力发电机发出的电能，由场内集电线路将其传输到升压站，进行升压后送入电力系统。由于电能大量储存较困难，风力发电机发出的电能一般都是实时传输到系统中的，这就对集电线路的可靠性提出了较高的要求，然而在山区的风电场风机大多位于山脊或山顶，自然环境比较恶劣集电线路常年受大风、覆冰、低温的影响给线路安全运行带来了极大的考验。现阶段我国大部分风力发电工程都以招投标方式进行设备和施工单位的确定，由于竞争激烈设备厂家和施工单位纷纷降低投标价格，导致一些设备用料不足，施工单位水平参差不齐。另因部分材料由施工单位采购，施工单位为降低成本，采购材料时一般都以低价优先的原则进行采购，为集电线路的安全运行埋下了隐患。
以下就我院应邀对某风电场场内35kV集电线路进行改造，改造过程中发现如下问题并提出相应改造方案，对于部分不易处理的问题给业主方提出了建议，便于对后期工程的指导和改进。
二、线路存在的问题和解决方案
位于张家口市赤城县与沽源县交界处某风电场，于2010年试运行期间曾多次发生线路倒塔、跳闸、接地及闪络故障。当出现覆冰并伴有大风天气时线路故障更是频繁出现。同时伴有导线断线和ADSS光缆断裂等情况。我院受委托两次对此风电场进行现场踏勘，以下是对所发现的问题进行展开分析。
1.支柱绝缘子问题
由于本风电场电缆引下采用变电站用瓷质绝缘子为支撑绝缘子，其自身重量较重一般每支为18kg左右，每基杆塔需安装6-18支，增大杆塔负荷同时其迎风及覆冰面积较大给杆塔安全运行带来不利影响。
解决方案：建议改为复合横担绝缘子，其重量轻（每支约3kg）体积小、安装方便、减轻了杆塔荷载，利于线路安全运行。
改造困难程度：改造困难度容易，改造成本低，但线路需停电可结合线路检修一并进行。
2.直线塔电缆引下问题
因直线塔设计承载负荷较小，在直线塔上采用电缆引下，增大了杆塔负荷当发生恶劣天气时，极宜造成杆塔过负荷;同时杆塔上安装瓷支柱绝缘子，其本身较重、受风和覆冰面积均较大，增大了杆塔发生事故的机率。
解决方案：改为耐张塔做电缆引下塔。
改造困难程度：改造困难度较难，改造成本高，更换杆塔需要重新做基础、购买塔材，消耗时间长、投资大，宜结合日后的改造工作，对相关部分提出改造建议。
3.电缆固定问题
电缆固定不规范，《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007规定35kV及以上电缆垂直敷设时，最大固定间距不得大于3.0m，我院建议电缆固定间距为2.0-2.5m。现场踏勘时发现电缆固定间距普遍偏大，部分电缆固定间距达到5-6m;以及电缆固定卡具松脱现象较为普遍，电缆卡具松脱可增大电缆老化程度，终端头附近电缆卡具长时间松脱，因风速较大震动频繁还可导致电缆头接线端子损坏;同时还发现个别电缆采用铁丝进行绑扎固定，因本风场采用单芯电缆不能采用钢质和铁质材质进行固定，由于电磁感应造成铁件发热易造成电缆损坏。
解决方案：增加电缆固定金具和更换合适电缆卡具，补充衬垫物重新固定电缆。
改造困难程度：改造困难度较低，改造成本较低。
4.电缆终端头及避雷器问题
本风电场的电缆终端头伞裙较小、爬电距离近、易造成污闪、冰闪等现象。且因冷缩头具有一定的耐电痕、耐高温能力不宜留下痕迹，当覆冰严重时由于终端头爬电距离小造成线路瞬间故障短路跳闸后，很难发现故障点，为日后安全运行埋下隐患。
并经现场踏勘发现本风电场架空线引接电缆处均未装设避雷器，当线路发生绕击现象时极易造成电缆及电缆附件击穿和爆裂等现象。
解决方案：更换电缆终端头、增加避雷器。
改造困难程度：改造困难度较难，改造成本高，更换电缆终端头需要消耗大量资金及人力，且受电气间隙限制增加避雷器难度较大，宜结合日后的改造工作，对相关部分提出改造建议。
5.避雷器放电计数器问题
本风电场站前电缆终端塔电缆引下处避雷器未加装放电计数器，当线路发生绕击现象造成线路跳闸后不宜查找故障点，无法进行线路故障统计以及无法收集线路受雷害机率的大小，影响线路运行维护。
解决方案：增加避雷器放电计数器。
改造困难程度：改造困难度较容易，改造成本较低。
6.跳线串问题
本风电场耐张塔采用的复合绝缘子作为跳线串，因其重量轻（每支约2.6kg）刮风时摆动角度较大，极易发生对铁塔下横担面放电现象，造成线路单相接地故障。
解决方案：建议更换瓷绝缘子做跳线串。
改造困难程度：改造困难度较容易，改造成本一般，但线路需停电可结合线路检修进行一并进行。
7.防鸟害问题
因本风电场海拔较高、温度较低，不利于树木生长，可供鸟类选择栖息点较少，根据其它地区风电场的运行经验铁塔头部极易成为鸟类的栖息地。当杆塔上栖息鸟的数量较多时，其粪便可能会排泄到悬垂串或跳线串上造成线路闪络，影响线路安全运行。 解决方案：可增加瓷绝缘子保护悬垂串及跳线串，也同时可安装驱鸟器等措施。
改造困难程度：改造困难度较容易，改造成本一般，但线路需停电可结合线路检修进行一并进行。
8.相间间隔棒问题
为本风电场现状安装的相间间隔棒，其两端采用活动金具进行连接，当线路发生舞动或导线脱冰跳跃的现象时，导线将动能通过相间间隔棒传递到另一根导线，由于间隔棒中间有活动杆件造成动能传递延时，使两根导线不能同步摆动。此时虽能保证相间间隔棒安装部位电气间隙满足要求，但此档的小档距中央导线舞动严重，且两根导线不是同步摆动极宜造成相间短路现象的出现。
如果当导线舞动使中间间隔棒两端的活动金具同时合并至中间间隔棒中部时，此相间间隔棒就转变为以导线为中心的离心锤，此时如果有合适的风速推动间隔棒本体晃动，就可能造成两根导线缠绕在一起的现象出现（本风电场发生过两次相间间隔棒处导线缠绕现象）。
建议采用硬支撑相间间隔棒，因其两端均采用固定金具，当发生线路舞动或线路脱冰跳跃时，通过相间间隔棒强迫两根导线同步摆动，可大大降低发生相间故障的机率。
解决方案：更換相间间隔棒。
改造困难程度：改造困难度较低，改造成本一般，但线路需停电可结合线路检修进行一并进行。
三、总结
通过对以上问题的发现处理，提高了自身的设计能力同时也给自己敲响了警钟，以后的工作中我们应以严谨的态度认真对待设计中的每一个细节。业主单位在设计和施工时也可参考性的提出指导意见，尽早消除隐患。运行人员也可以从以上几方面加强维护管理，在线路出现故障时，进行有重点的排查，可尽早发现问题解决问题。
参考文献：
1） 《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB50061-2010）
2） 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）
3） 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
4） 《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）
5） 《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）
6） 《高压电缆选用导则》（DL/T401-2002）
7） 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）
8） 《电力系统高压送电线路设计手册》