风电场集电线路单相接地故障精准定位与快速处理实战手册.pdfVIP

风电场集电线路单相接地故障精准定位与快速处理实战手

册

一、第一章绪论：风电场集电线路单相接地故障概述

随着全球能源结构向低碳转型，风能作为清洁可再生能源的重要组成部分，其

开发利用规模持续扩大。截至2025年，中国风电装机容量已突破10亿千瓦，风

电场集群化、规模化发展趋势显著。在此背景下，集电线路作为风电场电能汇集与

传输的关键通道，其安全稳定运行直接关系到能源转化效率与投资回报。然而，风

电场多地处山地、草原、沿海等复杂环境，集电线路长期暴露于自然环境中，故障

发生率居高不下，其中单相接地故障占比超过60%，成为制约风电场运维效率的

核心瓶颈。

1．风电场集电线路的功能与故障风险

集电线路承担着将风电机组产生的电能汇集至升压站的重要功能，是连接分散

式发电单元与电网系统的神经网络。典型风电场集电系统采用放射状或环状拓扑

结构，通过35kV或10kV电压等级实现多台风机的并联运行。根据敷设方式不

同，可分为架空线路、电缆线路及混合线路三类：架空线路成本低、维护便捷，但

易受气象条件影响；电缆线路适用于复杂地形，但故障排查难度大；混合线路则结

合两者优势，在实际工程中应用广泛。

风电场集电线路面临多重故障风险。首先，自然环境因素构成主要威胁，强风

可能导致导线舞动、杆塔倾斜，覆冰会增加线路机械载荷，雷电活动易引发绝缘子

闪络，鸟害及树障则可能造成线路短路。其次，多分支拓扑结构增加了故障定位复

杂度，尤其在山地风电场中，线路路径起伏大、分支节点多，传统分段查找方法效

率低下。此外，设备老化与施工缺陷也是重要诱因，绝缘子长期运行后的绝缘性能

下降、电缆中间接头氧化、金具连接松动等问题，均可能导致接地故障。数据显

示，运行超过5年的风电场集电线路，因设备老化导致的单相接地故障占比高达

42%。

2．单相接地故障的危害与影响

故障类型供电影响设备风险安全隐患处理时效要求

可短时运行（1-2非故障相电压升高至跨步电压威胁巡

需在2小时内

单相接地小时），但需中线电压，易引发绝缘检人员安全，电

定位故障

断部分负荷击穿弧可能引发火灾

立即跳闸，全线短路电流冲击设备，需紧急隔离故

相间短路电弧灼伤风险高

路停运可能烧毁变压器障点

瞬时跳闸，重合避雷器动作，设备绝可通过自动化

雷击故障无直接人身风险

闸成功率约70%缘疲劳累积系统恢复

单相接地故障对风电场安全经济运行造成多维度影响。在供电可靠性方面，故

障发生后系统允许带故障运行1-2小时，但长时间运行可能导致故障扩大，迫使

集电线路停运检修。以单机容量2.5MW的风电场为例，每小时弃风损失约

6000kWh，按上网电价0.38元/kWh计算，单条集电线路停运12小时将造成经

济损失约2.7万元。设备安全层面，故障导致非故障相电压升高，可能引发铁磁谐

振过电压，其幅值可达额定电压的3倍以上，严重威胁变压器、开关柜等设备绝

缘性能。人身安全方面，当故障相导线落地时，地面将形成以落地点为中心的电位

分布圈，人员进入该区域会因跨步电压导致电击事故，2024年某草原风电场曾发

生运维人员因未采取防护措施导致触电的安全事件。

3．故障定位与处理的现状与挑战

当前风电场集电线路单相接地故障处理仍面临技术瓶颈。传统处理