風電場集電線路雷擊事件分析及防雷策略

張學威

（國家能源集團國華投資公司，北京 100010）

1 研究對象及基本概況

本次研究所選取的對象為我公司所屬的新能源（包含風電、光伏）發(fā)電場站。目前，公司投運的風電場遍布我國西北、東北、華北、華南等地區(qū)近30個地縣級市，累計80余座，累計裝機容量達1060萬千瓦。絕大多數(shù)風電場所處地理位置風資源良好，地區(qū)季節(jié)特性明顯、降雨量充沛，尤其在陜西、江蘇、河北、山東等地夏季多伴有雷雨大風天氣，集電線路因雷擊跳閘的概率大大提高。因此，研究并采取合理措施促使提高線路防雷水平，對確保風電場集電線路的安全、經濟運行具有重大意義。

2 風電場所屬地區(qū)年均雷暴日分布

我國雷暴日等級劃分為：平均年雷暴日不超過15d的地區(qū)為少雷區(qū)；平均年雷暴日超過15d但不超過40d的地區(qū)為中雷區(qū)；平均年雷暴日超過40d但不超過90d的地區(qū)為多雷區(qū)。在我國線路防雷規(guī)程中，一般以40日/年的雷暴日作為線路防雷設計標準。通過對我公司場站地理位置分布統(tǒng)計，可知風電場所屬地區(qū)年均雷暴日等級分布占比如表1。沿海、山地等風電場集電線路每年雷雨季節(jié)遭雷擊閃絡造成跳閘和停電較為頻繁，所以有必要考慮加強線路防雷性能。

表1

3 近3年35kV集電線路雷擊事故統(tǒng)計

經過數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：我公司按風電場項目數(shù)統(tǒng)計，選用架空線路作為35kV架集電線路的項目場站占比約61%，選取地埋電纜場站占比約39%，顯然雷擊事故發(fā)生只能發(fā)生于架空線路，即架空線路的分布占比一定程度也影響著風電場的雷擊跳閘率。

通過對研究對象近3年35kV架空集電線路跳閘統(tǒng)計結果顯示，2017年35kV線路跳閘累計47次，雷擊跳閘11次，占全年的23.4%；2018年35kV線路跳閘累計94次，雷擊跳閘20次，占全年的21.3%；2019年35kV線路跳閘累計96次，雷擊跳閘16次，占全年的16.7%，從近3年情況看來，雷擊跳閘約占總跳閘的20%比重。由圖1近3年35kV集電線路雷擊跳閘分布可知，雷擊事故多發(fā)生于每年的4～9月的春、夏兩季，說明雷擊跳閘事故發(fā)生的季節(jié)性特點較強，有必要針對性地結合時節(jié)提前開展防雷檢測等各項保障工作。

圖1

4 集電線路防雷性能提高措施

現(xiàn)在線路基本的防雷措施主要有架設避雷線、降低桿塔接地電阻、架設耦合地線、采用不平衡絕緣方式、裝設自動重合閘、采用消弧線圈接地方式、裝設管型避雷器、加強絕緣等。考慮到有些風電場集電線路老化、設計水平落后、氣候變化等原因，結合目前工程實際及技術改造可行性，著重提出以下幾點集電線路防雷措施，以更貼合生產運維實際需要。

4．1 定期做好線路防雷檢測

風電場根據(jù)運維規(guī)范要求，每年都要定期開展年度預防性試驗及各項設備性能檢測，防雷檢測更是很重要的一環(huán)節(jié)。其中，電氣設備防雷檢測包括箱變、風機、升壓站設備、綜合配電設施及建筑物等，檢測內容包含基本情況和防雷類別確定、高、低壓供配電基本情況、主要防雷保護對象和電氣、信息設備基本情況、防雷裝置設置基本情況及雷災歷史、其他情況。主要的防雷檢測技術依據(jù)為：《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》GB/T 21431-2015、《防雷裝置檢測技術規(guī)范》DB15/T 500-2011。風電場要根據(jù)防雷檢測結果，及時進行缺陷隱患整改工作，以保證雷電多發(fā)季節(jié)設備性能可靠。

4．2 改善接地裝置

降低集電線路桿塔的接地電阻也是線路防雷措施中比較常見的防雷手段。在具體實施防雷過程中，應根據(jù)基桿塔土壤的電導率情況最大化的降低集電線路接地電阻，使接地電阻值保持在一定范圍內。雷擊高風險桿塔，每基桿塔不連地線的工頻接地電阻，在雷季干燥條件下不宜大于表2所列數(shù)值。宜采用增大水平/垂直接地體長度、增加接地體埋設深度的方式降低接地電阻，禁止使用化學降阻劑或含化學成分的接地模塊。

表2

4．3 采用地埋電纜方式

經過數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，按風電場項目個數(shù)統(tǒng)計，選取35kV架空線路架空線路的項目場站占比61%，選取地埋電纜場站占比39%。建議在建或即將開發(fā)的風電場項目，尤其在多雷區(qū)，考慮項目所處地理、氣候等因素，設計之初應采用地埋電纜作為集電線路，以降低雷擊跳閘率，提高供電可靠性。另一方面，地埋電纜如下優(yōu)勢：占地少。一般埋設于土壤中或敷設于室內、溝道、隧道中，線間絕緣距離小，不用桿塔占地少，基本不占地面上空間；可靠性高。受氣候條件和周圍環(huán)境影響小，傳輸性能穩(wěn)定，可靠性高；分布電容較大；維護工作量少。

4．4 絕緣介質加涂RTV涂料

對于雷擊高風險的集電線路，宜采用加強絕緣的措施。在戶外用絕緣子和套管表面加涂硅有機憎水涂料，以室溫硫化硅橡膠（RTV）為代表，作用機理：涂料具有疏水和獨特的疏水遷移特性，即疏水可以遷移到污染層表面，在惡劣的天氣條件下，涂層表面沒有形成連續(xù)的水膜，作為噴涂在母體絕緣（如瓷或玻璃等）上的憎水防污涂層，能有效防止水泥和化學污染物在其表面結垢，降低閃絡的可能性，在工程應用中獲得了很滿意的效果。

4．5 降低保護角

用避雷線來保護集電線路時，目前，都用保護角的大小來表示其對線路的保護程度。保護角即圖中避雷線和邊相導線的連線與經過避雷線的垂直線之間的夾角，夾角以內的保護區(qū)域就是保護范圍。保護角越小，避雷線對導線的屏蔽保護作用越有效，為了減小保護角，必須提高避雷線的懸掛高度，但這將增加桿塔尺寸，增加造價，所以保護角又不能做的太小，按照線路的重要程度不同，通常在15°～30°選用不用的保護角。結合風電場運維實際情況，對于多雷區(qū)，集電線路保護角應有針對的進行調整，以確保有效地降低雷擊跳閘率，提高線路運行可靠性。

5 結語

本文主要針對風電場35kV集電線路雷擊跳閘原因及規(guī)律進行了分析，介紹了幾種提高線路防雷性能的主要措施，在確定、提高線路的防雷方式時，應全面考慮線路的投運年限、電壓等級、供電的重要程度、當?shù)氐睦纂娀顒訌娙酢⒌匦蔚孛驳奶攸c、土壤電阻率等條件，采取合理的改進措施以保證線路安全穩(wěn)定運行。