直驱风机箱变低压侧690V电缆损坏原因分析及防范措施

直驱风机箱变低压侧690V电缆损坏原因分析及防范措施

王运波

（中电建新能源遵义风力发电有限责任公司贵州遵义563000）

摘要：风机网侧断路器与箱变低压侧断路之间连接是依靠690V电缆实现的，若该电缆发生损坏而造成单台风机故障停机不能正常发电并网。以某风电场箱变低压侧电缆连续发生故障为例，从设计、选型、施工、验收等方面进行分析，并探讨解决风机箱变低压侧690V电缆损坏的有效措施。

关键词：690V感应电磁电流、电缆发热、直埋、电缆损坏、防范措施。

直驱风机采用全功率变流系统AC-DC-AC变换方式，将发电机发出低频交流电经整流环节（AC/DC）为直流，再经逆变环节（DC/AC）转换与电网同频率的交流电，最后经风机网侧断路器通过690V电缆与电变压器（箱变Dyn11）低压侧断路器相连箱变升压（690V/35kV）并入电网。箱变690V电缆的N线与风机的电控内的接地点共接形成NPE系统，电控柜内的各接地点由电缆连接至接地偏铁，从风机基础环引出两点接地，和箱变的接地系统连接成整体接地。假如690V电缆发生损坏，将会造成单台风机在无风时不能处于待机状态或在有风时不能并网发电，直接影响发电企业经济效益。因此，对造成电力电缆损坏的原因深入分析，并采取相应防范尤为重要。

1电缆运行中故障情况

某风电场一期工程安装24台2MW直驱风机，于2016年8月中旬全部投产运行。2017年3、4月内共发生五台风机箱变低压侧690V直埋电缆设备损坏故障，其中四台风机网侧断路器出线690V电缆（直埋电缆）六根内有一至二根发生接线故障，另外一台风机网侧断路器出线690V电缆中六根中性线接在风机电控柜内接地点处电缆头损坏。故障点主要表现在：风机网侧开关出线至箱变低压侧断路器出线动力电缆（直埋地面内）损坏过程中箱变低压侧断路器的短路瞬时保护动作，动作电流20KA以上，动作时间为0S（电流整定值为1.6KA、时间整定值为0S。），由于箱变低压侧属于直接系统，该断路器未设计接地（零序）保护，故断路器的短路瞬时保护动作属于正常动作。故障后把风机、箱变一次设备与电缆相连设备隔离开，然后用1000V手动或电动摇测六根电缆内三芯电缆绝缘值（相对地为0兆欧，相间为0兆欧）不合格，正常电缆绝缘值（相对地大于300兆欧，相间大于300兆欧）合格。事后挖开直埋电缆发现电缆绝缘层击穿发生接地引起故障。

2简述690V直埋电缆损坏的故障与原因

2.1电缆接线方式不正确

某风电场安装直驱风机单机容量为2MW机组网侧断路器的出线多数采用六根690V电缆与箱变低压侧断路器进线相连接，每一根电缆内有四芯电缆（非铠装YJV-0.6/1-3*240+1*120），其中三芯是240mm的动力线，另外一芯是120mm的中性线（N）。不正确接线方式（非铠装YJV-0.6/1-3*240+1*120）为将一根三芯动力线只接一相（A或B或C相），箱变690V电缆的中性线与风机的电控内的接地点共接形成NPE系统。这种接线方式，风机处于待机状态，通过动力电缆电流很小，中性线上感应电流也很小；风机处于并网发电时，随负荷增大，通过动力电缆电流也增大，而中性线上感应电流也会增大。由于风机箱变低压侧每根电缆未安装电流表，故不能在线监测箱变低压侧每一根电缆电流值，只能用钳形电流表分别卡六根每颗芯电流值，风机负荷为0.5MW、1MW、2MW时，动力电缆电流最大值分别70A、160A、320A，中性线感应电流为100、200、500A。用测温仪测量电缆表面温度分别为40℃、48℃、65℃。风机运行时滤波电容回路中电流很小，滤波电容单元设备按正常情况下设计，非正弦波量的电流不会很大，不易损坏滤波电容单元设备。若在实际生产过程中发生不正确接线，网侧断路器中交流电非正弦波量很大，严重超过设计值风机在满负荷运行时容易损坏滤波电容单元中熔断丝、电缆线、接触器等设备。由于中性线横截面积为120mm额定电流约为400A左右，中性线严重超过该导线额定电流。使中性线表面温度较高，直埋电缆的散热效果不好，将会影响相邻三芯电缆导线中两芯电缆导线绝缘层，时间长后绝缘层老化，失去绝缘作用，容易造成绝缘层击穿，电缆发生接地故障。如下图：

风机网侧断路器至箱变690V侧断路器一次电缆共六根：YJV-0.6/1-3*240+1*120

2.2直埋电缆回填方式不正确

某风电场机位原始面貌岩石基础，泥土较少，大部分是石头，经开挖后钢筋混泥土浇筑而成。风机基础下方的电缆孔离风机基础水平面高度约有5米，风机基础下方电缆孔与箱变基础电缆孔距离约15至20米。事后挖开故障电缆发现电缆表面上面有大量石块，重量约200至500斤，电缆保护层外的细沙有一小部分，电缆穿波纹管补压坏，几乎对电缆保护层和绝缘层没有任何保护作用，严重损伤电缆绝缘层。由于电缆接线方式不对，风机满负荷运行，电缆中性线超过额定电流，电缆发热，散热效果不好，严重影响相邻动力电缆，导致动力电缆绝缘层表面老化，还有风电场气候长期处在雨雾天气，直埋电缆受冷热交替，动力电缆绝缘破坏，对地放电造成接地。

3解决690V直埋电缆损坏的有效措施

3.1电缆选型方面

直驱风机单机容量为2MW机组网侧断路器的出线多数采用六根690V电缆与箱变低压侧断路器进线相连接，每一根电缆内有四芯电缆或三芯（铠装YJV-0.6/1-3*240+1*120）或者YJV-0.6/1-3*240），铠装电缆屏蔽层在外力作用不大时对电缆绝缘层有一定保护作用，避免绝缘层受损坏。

3.2现场电缆接线方面

现场接线方面严格按照设计图进行，施工人员不要因为接线方便，改动接线方式。根据现场实践数据得：风机箱变低压侧电缆接线方式正确后，风机处于并网发电时，随负荷增大，通过动力电缆电流也增大，而中性线上感应电流变化不大。由于风机箱变低压侧每根电缆未安装电流表，故不能在线监测箱变低压侧每一根电缆电流值，只能用钳形电流表分别卡六根每颗芯电流值，风机负荷为2MW时，动力电缆电流最大值分别320A，中性线感应电流为54A。环境温度为18℃，用测温仪测量电缆表面温度分别为33℃、24℃。正确接线图：

风机网侧断路器至箱变690V侧断路器一次电缆共六根：YJV-0.6/1-3*240+1*120

3.3直埋电缆回填方面

根据风电场实际情况，风机基础的泥土居多，一般情况电缆可以采取穿套形式（PC或波纹管），然后在穿管表面做保护层（电缆表面下部用细沙铺20mm，上表面再用细沙铺20mm，然后再细沙表面铺红砖或细石块，回填时电缆上方不能用大石头。）；风机基础的石头居多，一般情况采取做电缆沟，电缆穿过电缆沟，电缆沟上面铺盖板，回填时电缆上方不能用大石头，避免损坏盖板及电缆层。

3.4增加设计零序（接地）保护

增加箱变低压侧断路器零序保护，保护整定值根据《继电保护整定导则书整定》，既又保证该保护（风机发电并网时，箱变低压侧断路器出线电缆中性线电流约100至400感应电流）不能误动，又要保证保护（箱变低压侧断路器出线电缆发生接地故障）正常动作。

4.结语

风电场建设中，业主、总承包、监理、风机调试人员严格把好关，发现施工人员未按设计要求施工，要求施工人员停工，弄清设计图纸上图及说明资料后才能按照设计规范施工，从而保证设备安全运行，避免因施工不正确给设备运行埋下安全隐患，影响设备使用寿命，给业主造成不必要经济损失。

作者简介：

1、王运波，1979年11月17日出生，男，助理工程师，中电建新能源遵义风力发电有限责任公司。