“十二五”期间，我国风电新增装机容量连续五年领跑全球，累计新增9800万千瓦，占同期全国新增装机总量的18%，在电源结构中的比重逐年提高。随着风电场大规模建设投产，35kV集电线路在风电场发挥着重要角色，不仅承担输送电能任务，而且故障后将影响公用系统的运行稳定性，集电线路投资成本和运行可靠性越来越受到重视。特别是山地风电场，气候条件复杂，35kV集电线路投资成本较大，为了优化投资，越来越多的风电场在建设过程中选用箱变上引线方式，通过35kV绝缘导线T接至主线路，投资成本低，而且绝缘性能大幅度提高，但是随着风电场运行时间的延长，集电线路35kV绝缘导线在大风时易发生根部断裂，这给风电场的安全稳定运行带来了巨大隐患和安全威胁，甚至造成较为严重的因设备故障长时间停运的电量损失。

实施背景与实施

“十二五”期间，我国风电新增装机容量连续五年领跑全球，累计新增9800万千瓦，占同期全国新增装机总量的18%，在电源结构中的比重逐年提高。随着风电场大规模建设投产，35kV集电线路在风电场发挥着重要角色，不仅承担输送电能任务，而且故障后将影响公用系统的运行稳定性，集电线路投资成本和运行可靠性越来越受到重视。特别是山地风电场，气候条件复杂，35kV集电线路投资成本较大，为了优化投资，越来越多的风电场在建设过程中选用箱变上引线方式，通过35kV绝缘导线T接至主线路，投资成本低，而且绝缘性能大幅度提高，但是随着风电场运行时间的延长，集电线路35kV绝缘导线在大风时易发生根部断裂，这给风电场的安全稳定运行带来了巨大隐患和安全威胁，甚至造成较为严重的因设备故障长时间停运的电量损失。

以华电甘肃公司毛井风电场为例（绝缘导线连接方式比平原风电场更为复杂），据不完全统计，该山地风电场在2016年1月至2017年4月期间，35kV绝缘导线T接处导线断裂共计38次，造成电量损失36万kWh，具体情况见表1。

表1 T型接线断裂位置统计

序号

断裂部位

断裂次数

导线型号

损失电量

1

隔离刀闸下口接头（接头根部断裂）

18

JkLGYJ-70/10

2

隔离刀闸上口接头（接头根部断裂）

12

JkLGYJ-95/15

3

绝缘母线T接（接头根部断裂）

8

JkLGYJ-95/15

原因分析

现阶段大多数风电场箱变高压侧采用35kV绝缘导线连接，以达到降低投资成本的目的，但凡箱变高压侧采用35kV绝缘导线连接方式的风电场，大都存在连接处根部断裂情况发生，即使35kV绝缘导线加装了固定绝缘子以降低大风期间导线摆动幅度，也不可避免35kV绝缘导线连接处根部断裂，通过对某风电场35kV绝缘导线连接处根部断口分析，主要有以下几点原因。

（一）绝缘导线连接处施工工艺不达标

通过仔细观察毛井风电场35kV绝缘导线断裂部位，发现根部钢芯铝绞线边缘存在旧伤，通过多方面对比，发现在前期施工时，35kV绝缘导线剥离外绝缘过程中存在钢芯铝导线划伤，导致根部强度减弱，长期风摆出现金属疲劳，大风期间摆动最终出现断裂。另外连接处钢芯铝绞线安装线夹时铝包缠绕不规范，导致线夹安装后与钢芯铝导线接触不良，接触电阻增加，风电机组满发时连接处过温，长期运行钢芯铝导线引起氧化，强度降低最终出现根部断裂。

（二）绝缘导线增加了风阻和重量

一般来说，风场地处山区，采用绝缘导线做引流后，很好的提高了绝缘强度，并且很大程度降低了成本预算（相比箱变下引线通过35kV高压电缆和裸导线连接，成本降低40%），通过与相同内径的钢芯铝绞线对比发现，35kV绝缘导线重量是裸导线的2.5倍，风阻是裸导线的3倍，那么在有风时段35kV绝缘导线摆动幅度及惯性肯定要比裸导线大，并且35kV绝缘导线绝缘材料为交联聚乙烯，整体柔韧度不及裸导线，无法有效缓存摆动惯性，在35kV绝缘导线晃动时导线将所有的着力点集中在连接头处，最终引起接头处折断。

（三）冬季盲目施工

35kV绝缘导线绝缘层是交联聚乙烯材料，不可剥离，继续发现，在冬季施工时，施工人员为了追赶施工进度，采用喷灯在接头处进行灼烧以便于绝缘材料剥离，但是高温加速了绝缘导线内部钢芯铝绞线氧化，导致其强度降低，最终出现连接处断裂。

频发的35kV绝缘导线连接处断裂不仅增加了检修人员工作量，同时断裂后的接地也引起集电线路保护跳闸，长此以往对主设备将有很大隐患和危害。

防止35kV绝缘导线连接处断裂方案

（一）增强连接处根部强度

断裂主要集中在35kV绝缘导线连接处根部，根部钢芯铝绞线作为受力的最薄弱点，需要增加根部强度，通过连接处位置压接直线板，见图1、图2，也可以选择60*5*150mm高强度铝板人为加工制作，线夹处往外延伸40mm左右，然后U型螺栓固定在绝缘层上，这种方式使连接处根部受力强度增大，实现摆动惯性着力点向整体导线移动，降低了连接根部扭动的程度（如同脆弱的骨头进行了钢板加固），即使大风摆动时，35kV绝缘导线也是整根摆动。

图1 T型接线改造后样式

图2 T型接线处增加的铝排

（二）增加线夹与导线接触面积

降低接触电阻是避免导线连接处在大负荷期间发热的主要措施，在导线上加装包缠物等，如铝包带，护线条及软铝半圆，提高接触电阻并提高内层导线强度。

（三）采用柔性T接线夹

线夹位置设计为柔性T接，缓冲35kV绝缘导线在大风期间的风阻，降低导线端部受力，或是优化金具设计，线夹出口处优化过渡方案，线夹弯曲角度与导线走向一致，避免应力集中，如图3。

图3 柔性T接线夹草图

（四）规范施工

必须按照规范施工，工艺必须达标，对于JkLGYJ-95/15（或是JkLGYJ-70/10）绝缘导线，绝缘层为不可剥离，施工时期采购专用旋转刀，不仅剥离方便，而且工艺美观。

（五）合理布局连接点

根据可靠性设计原则，连接点越少，可靠性越高，对于风电场35kV绝缘导线连接方式而言，主线路T接至35kV绝缘母线桥架，再次T接至隔离刀闸，最后引接至箱变高压侧，统计1台箱变就有24个连接点，任何一个连接点出现故障，对应设备出现故障，轻则缺相，重则线路跳闸，有效的减少连接点，最大限度提高可靠性，对于距离较靠近主线路的门型杆，建议隔离刀子上口通过绝缘导线直接T接至主导线，减少连接点。

测试论证

2016年5月6日，华电甘肃公司毛井风电场根据现状增加T接线处增加背板方案，选择#13风机进行测试，选择3个T接点、3个引流点进行改造，并按照上述改造方案严格执行。改造后将13#风机作为样板风机进行测试，测试周期60天，定期红外测温，未发现超温现象，同时停电后观察其连接处，未发现电腐蚀现象及异常，改造后强度远远超预期效果。

可行性论证

（一）技术可行性

在对华电甘肃公司毛井风电场#13风机改造后，为了排除其他的干扰因素，在后期以同样的方式改造了#81、#118风机35kV绝缘导线，以同样的方式进行定期检查，均未发现电腐蚀及异常。从而证明，满足上述工艺及技术要求，完全可以满足改造后的目标收益。

（二）经济可行性

对于华电甘肃公司毛井风电场而言，将剩余风机门型杆引流改造，由于连接点较多，而且山地风场地形复杂，所以改造费用主要在人工成本上，为了最大程度的减低成本，在经济收益和成本之间做了以下分析。

以华电甘肃公司毛井风电场为例，35kV绝缘母线桥架垂直高度7m左右，但是个别位置地处山坡，高度T接处高度达11米，风电场为尽快开展改造工作，降低人工成本，将采用伸缩人字梯（垂直高度12米）、人字梯相对斗臂车而言使用方便、灵活性强、机动性能强，可以节约时间成本；铝排自行加工，降低材料成本。

表2 所需材料成本

序号

名称

单位

单价（元）

数量

总价（元）

备注

1

铝排配件

套

20

1

20

带垫片、U型卡

2

人字梯（12米）

把

5200

1

5200

垂直高度12米，加厚

对于华电甘肃公司毛井风电场1条集电线路（14台风机）而言，有外委方式改造和自行改造两种方式选着，通过与外委公司询价和自行改造分析得了以下成本费用对比，见表3，显而易见场站自行改造节省费用，而且检修时间及周期可以根据天气情况由场站自行确定（减少检修损失电量），那么16条集电线路改造若有场站自行改造，将节省38万元。

表3 单条线路成本对比

序号

改造方式

人工费（元）

材料费（元）

工具费（元）

总价（元）

备注

1

外委改造

24000

6720

0

30720

检修时间及周期无法确定

2

自行改造

0

6720

15600

22320

工具后期不需采购

根据上述情况可以推算以下经济效益预算。（以该风电场一条35kV线路收益为准）

（1）选择自行改造的成本为：

5200/16+20×24×14=7045（元）

（2）减少一条引流断裂的造成的电量损失：

风速为7.0m/s时，单台风机功率为1200kW。（大风时易发生）；每条集电线路带风机12台（或13台）；引流线脱落故障处理需要用5h。（夜晚与白天平均用时）；上网电价0.58元/kW·h。

经济损失=1200*12*5*0.58=4.17万元

综合上述，改造一条35kV集电线路，减少线路一次跳闸可带来收益3.4655万元。

结论

在采用绝缘导线的风电场，为降低因绝缘导线连接处断裂故障率，可以根据上述方案进行改造，费用低，高效果，同时可以在改造过程中开展线路巡检工作，对于之前因施工工艺存在的钢芯铝导线破损的进行铝包带缠绕或是重新制作连接处，线路可靠性将大幅度提升。

推广应用

在华电甘肃公司的大力支持下，华电甘肃公司毛井风电场2017年10月自行改造24台风机，2018年改造100台风机，2019年全部改造完成，自改造完成后，再无因集电线路引流线断裂引起线路跳闸事件。

绝缘铝导线柔性T接线夹可在全国风力发电企业或东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区35kV及以下架空线路推广应用。