于潤權(quán)

摘 要：為了避免或大量減少風(fēng)電場架空集電線路故障跳閘次數(shù)，減少線路設(shè)備遭受過電壓及短路電流的次數(shù)，保障設(shè)備使用壽命，減少風(fēng)電場員工在極端惡劣氣候條件下進(jìn)行線路巡視檢修的次數(shù)，大幅降低勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，對線路事故原因進(jìn)行了深入研究，采取相應(yīng)的反事故措施，并在線路事故頻發(fā)的風(fēng)電場應(yīng)用，取得了良好的研究和改造成果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場 電力 線路 優(yōu)化 改造

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0019-02

風(fēng)力發(fā)電場集電線路優(yōu)化改造研究及成功應(yīng)用，為早期選用架空集電線路方案且頻發(fā)事故的風(fēng)電場改造提供了真實(shí)、可靠的案例，避免或大量減少架空線路故障跳閘次數(shù)，以較小的投資創(chuàng)造巨大的發(fā)電效益，并極大降低人員勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率。

1 研究背景

1.1 項目立項時國內(nèi)外相關(guān)科學(xué)技術(shù)狀況及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1.1.1 集電線路桿塔設(shè)計應(yīng)用狀況

國內(nèi)外風(fēng)電場集電線路設(shè)計多采用架空輸電線路，使用環(huán)型鋼筋混凝土電桿組合桿塔和鐵塔混合布置。集中布置的混凝土電桿組合桿塔長期受到暴風(fēng)、覆冰的影響，在運(yùn)行一段時間后，多數(shù)發(fā)生細(xì)微裂紋，即使采用多條拉線方式增加穩(wěn)定性也收效甚微。處于海撥2 000 m以上的多數(shù)風(fēng)電場曾經(jīng)發(fā)生倒塔事故，由于受到氣候環(huán)境和地理位置限制，事故處理時間長，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

1.1.2 集電線路導(dǎo)線和風(fēng)機(jī)出線回路設(shè)計應(yīng)用狀況

風(fēng)電機(jī)組出線端設(shè)計為串聯(lián)高壓熔斷器的鋼芯鋁絞引流線匯入主線路，T接部分采用JB型并溝線夾，由于T接部分導(dǎo)線彎曲，在風(fēng)力作用下產(chǎn)生高頻率擺動，線夾端部與導(dǎo)線磨損嚴(yán)重，頻繁發(fā)生導(dǎo)線斷線脫落，零序保護(hù)跳閘。甚至斷線搭接至其他非故障相造成短路跳閘，短路電流對線路其他電氣設(shè)備造成巨大沖擊，進(jìn)而嚴(yán)重降低了設(shè)備使用壽命，經(jīng)濟(jì)損失極其嚴(yán)重。大風(fēng)伴隨降雪時，風(fēng)機(jī)出線桿塔上的導(dǎo)線、絕緣子迎風(fēng)面將產(chǎn)生大量的覆冰、覆雪，造成設(shè)備對地絕緣距離不足發(fā)生放電。

1.2 立項目的及尚待解決的問題

1.2.1 項目所在地概況

某風(fēng)電場位于河北省豐寧滿族自治縣西北部的壩上地區(qū)，屬于山脊型風(fēng)場，氣候寒冷，年最長結(jié)冰日數(shù)238 d，雷暴日數(shù)達(dá)到40 d以上，風(fēng)力大，天氣變化頻繁，氣候惡劣。2011年，觀測到歷史最大風(fēng)速，10 m高程最大風(fēng)速（3秒平均值）59.81 m/s。風(fēng)電場裝機(jī)容量145.5 MW，裝備81臺風(fēng)電機(jī)組，分3個風(fēng)場，由6回集電線路接入220 kV變電站升壓并網(wǎng)。

變電站到風(fēng)場A的最遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)15 km，到風(fēng)場B的最遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)45 km，到風(fēng)場C的最遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)100 km。到最遠(yuǎn)的風(fēng)場進(jìn)行設(shè)備維護(hù)工作，往返需要4 h。由于風(fēng)機(jī)分布在山脊且區(qū)域廣泛，現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備巡視難度大、及時性差，冬季風(fēng)電場上山道路經(jīng)常被雪墻封路，巡檢及消缺工作非常困難。

1.2.2 項目實(shí)施前設(shè)備狀況

2012年，該風(fēng)電場35 kV集電線路故障跳閘76次，其中避雷器故障10次、電纜故障2次，跌落開關(guān)故障5次、覆冰故障24次，風(fēng)偏故障10次、架空引下線斷線或跳線故障17次、雷擊故障7次、鳥害故障1次。因35kV集電線路故障停運(yùn)造成的場內(nèi)受累損失電量8012萬千瓦時，折合售電收入共計人民幣4 326.48萬元。

1.2.3 尚待解決的問題

為保障風(fēng)電場設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行集電線路優(yōu)化研究、改造對于風(fēng)電場安全生產(chǎn)、降低勞動強(qiáng)度和增加發(fā)電收益具有極其重要的意義。

2 研究思路及應(yīng)用方法

2.1 研究思路

風(fēng)電場集電線路優(yōu)化研究改進(jìn)集電線路桿塔布置結(jié)構(gòu)以抵抗暴風(fēng)、覆冰對桿塔穩(wěn)定性的破壞，改進(jìn)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)出線引流線接線方式來消除風(fēng)力作用下T接引流線發(fā)生的擺動磨損、斷線和覆冰造成的短路，精減元件、優(yōu)化出線回路，從而大幅減少集電線路故障次數(shù)，提高風(fēng)電場安全生產(chǎn)水平。

2.2 應(yīng)用方法

2.2.1 改進(jìn)集電線路桿塔布置結(jié)構(gòu)

風(fēng)電場集電線路初期設(shè)計以架空線路為主，匯流線及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)出線選用MZ2-18、MZ2-21型桿塔，呼高分別為13.3 m、16.3 m，直線桿塔選用MZ1-15、MZ1-18、MZ1-21、DM3015、DM3018、DMT2-21型，耐張桿塔選用NM3018-15、NM3018-50、NM3015-15、NM3015-50、NM3015-90型。

風(fēng)電場地理位置處于高海撥地區(qū)的山脊，10 m以上高程風(fēng)力比地面風(fēng)力要高許多，特別是狹管效應(yīng)強(qiáng)烈的地區(qū)，環(huán)型鋼筋混凝土電桿組合桿塔將承受巨大的壓力，同時呼稱較高的桿塔在遭受暴風(fēng)和導(dǎo)線覆冰時，不平衡受力更為嚴(yán)重。運(yùn)行2年左右的桿塔表面多數(shù)出現(xiàn)縱向細(xì)微裂紋，甚至出現(xiàn)橫向和縱向交叉的裂紋網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而發(fā)生桿塔倒塌。為了防止線路倒桿斷線，項目公司以現(xiàn)場勘查集電線路桿塔狀況為基礎(chǔ)，制定改進(jìn)方案。

選用35B08-J4、35B08DL-J4型鐵塔作為替代桿塔，呼高與原線路保持一致，這種鐵塔根開較大，耐張承重性能極其優(yōu)良，以跳躍布置的方式替換原線路中存在嚴(yán)重缺陷的桿塔，同時創(chuàng)造了多個耐張段，方便線路發(fā)生重大事故的及時搶修。

同時也指出，地理位置處于高海撥地區(qū)的山脊型風(fēng)電場集電線路設(shè)計應(yīng)避免選用MZ、DM、DMT2、NM型鋼筋混凝土電桿組合桿塔。

2.2.2 改進(jìn)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)出線引流線接線方式

原風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)出線引流線采用LGJ120-25（7/4.72+7/2.10）型鋼芯鋁絞線，鋁線芯直徑較大，柔韌性較差，使用JB型并溝線夾與主架空線并接，引下線在并溝線夾端部順線路方向成120度角轉(zhuǎn)下引向跌落式熔斷器上端，與主架空線橫線路方向成70度角。這種接線方式在受到暴風(fēng)襲擾時，并溝線夾端部彎曲的導(dǎo)線將產(chǎn)生高頻率的扭動、磨損，鋁線芯和鋼芯先后磨斷，最終造成導(dǎo)線斷線。大風(fēng)伴隨降雪時，風(fēng)機(jī)出線桿塔上的導(dǎo)線、絕緣子迎風(fēng)面將產(chǎn)生大量的覆冰、覆雪，造成設(shè)備對地絕緣距離不足發(fā)生放電。

經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，解決并網(wǎng)出線引流線的引下方式問題是防止斷線的關(guān)鍵。

（1）改進(jìn)線夾型式。主架空線與引下線并接部位采用TL-185A型單導(dǎo)線T型線夾，取代JB型并溝線夾。只需拆除原JB型線夾，在原位置重新纏繞鋁包帶，安裝TL-A型線夾。引下線端部采用SY-120/20-25壓縮型鋁設(shè)備線夾，與TL-A型線夾螺栓連接。

（2）改進(jìn)導(dǎo)線性能。并網(wǎng)出線引流線采用JKLGYJ-120/20（26/2.38+7/1.85）型鋼芯鋁絞線芯交聯(lián)聚乙烯絕緣架空電纜，取代LGJ120-25（7/4.72+7/2.10）型鋼芯鋁絞線。電纜端部SY線夾壓接前剝除絕緣電纜絕緣層時注意絕緣層斷面要與SY線夾端口盡量縮小間隙。同時加裝架空導(dǎo)線防磨損裝置，將導(dǎo)線與線夾作整體合并。消除導(dǎo)線引下角度在風(fēng)力作用下發(fā)生擺動磨損。改進(jìn)導(dǎo)線性能后同時消除了覆冰對架空引下線絕緣距離的影響。

2.2.3 優(yōu)化出線回路元件

跌落式高壓熔斷器串接在并網(wǎng)出線回路中運(yùn)行，在風(fēng)電場局部小氣候的作用下，經(jīng)常發(fā)生保險管脫落事件。甚至在脫落過程中發(fā)生橫向拉弧造成三相弧光短路，線路過流跳閘。2012年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，跌落保險因風(fēng)力作用發(fā)生故障造成的風(fēng)機(jī)停運(yùn)多達(dá)68次，其中8次引起二相或三相弧光短路造成線路跳閘。運(yùn)行中需要斷開跌落保險的工作又非常少，并可結(jié)合線路停電進(jìn)行。因此在優(yōu)化改造中，拆除跌落式高壓熔斷器，在原安裝位置加裝復(fù)合支柱絕緣子固定架空電纜，絕緣架空電纜直接與箱變出線電纜連接。

3 結(jié)語

改進(jìn)集電線路桿塔布置結(jié)構(gòu)、改進(jìn)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)出線引流線接線方式、優(yōu)化出線回路元件等關(guān)鍵技術(shù)的成功應(yīng)用，有重大創(chuàng)新?？傮w技術(shù)水平和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)接近國際同類技術(shù)的先進(jìn)水平。實(shí)用化程度高，有很大的推廣應(yīng)用前景。同時創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，對促進(jìn)電力科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級有重大意義。

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