風(fēng)電場集電線路桿塔雷擊因素與防雷接地保護(hù)策略

孫晨

摘要：在改革開放的新時(shí)期，經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，在風(fēng)電場中，風(fēng)機(jī)的分布一般比較分散，所有風(fēng)電機(jī)組分成2～3組，每組10～14臺風(fēng)機(jī)通過集電線路線路并聯(lián)后將電能送往升壓站，再經(jīng)變壓器升壓后與系統(tǒng)變電所相連實(shí)現(xiàn)電能外送。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場;集電線路;桿塔雷擊因素;防雷接地

引言

風(fēng)電場集電系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)低電阻接地，單相接地時(shí)，按規(guī)范要求故障線路瞬時(shí)跳閘，不允許重合閘，同時(shí)該系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)、箱變處的桿塔接地網(wǎng)常與風(fēng)機(jī)、箱變共用1個(gè)接地網(wǎng)，接地電阻一般≤4Ω，遠(yuǎn)低于集電線路其他位置的桿塔接地電阻。相比于6～66kV配網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或不直接接地系統(tǒng)，由于集電線路不允許采用重合閘，所有單相接地事故都將導(dǎo)致線路跳閘。衡量輸電線路的防雷水平有2個(gè)指標(biāo)：耐雷水平和雷擊跳閘率。因而應(yīng)當(dāng)充分考慮到集電系統(tǒng)的特點(diǎn)，采取經(jīng)濟(jì)合理的防雷措施，使集電線路具有一定的耐雷水平，減少集電系統(tǒng)單相接地跳閘次數(shù)，降低雷擊跳閘率，提高風(fēng)電場安全運(yùn)行的可靠性。本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范的防雷要求詳細(xì)分析各種防雷措施的效果與對集電線路防雷的適應(yīng)性，根據(jù)雷電過電壓與集電系統(tǒng)特點(diǎn)及線路防雷要求對某風(fēng)電場雷擊事故原因進(jìn)行簡要分析。

1高原風(fēng)電場集電線路雷擊類型分析

高原風(fēng)電場集電線路雷擊類型可以根據(jù)過電壓形成的物理過程大致分為兩種：一種是直擊雷過電壓，即雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€而引起的線路過電壓;另一種是感應(yīng)雷過電壓，即雷擊線路附近大地，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓。按照雷擊線路部位的不同直擊雷又分為兩種情況：一種是雷擊線路桿塔或者避雷線時(shí)，雷電流通過雷擊電阻抗使得該點(diǎn)對地電位驟然升高，當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過絕緣的沖擊放電電壓時(shí)，對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓。因?yàn)闂U塔或者避雷線的電位（絕緣值）高于導(dǎo)線，因此通常稱為反擊雷;另一種是雷電直接擊中導(dǎo)線（無避雷線時(shí)）或繞過避雷線（屏蔽失效）擊于導(dǎo)線，直接在導(dǎo)線上引起過電壓，通常稱之為繞擊雷。

2風(fēng)電場集電線路桿塔雷擊因素與防雷接地保護(hù)策略

2.1架設(shè)雙避雷線

由于集電線路桿塔路徑以及長度的變化，線路轉(zhuǎn)角塔防雷也受到了一定的影響而出現(xiàn)了一定的局限性。這就需要對集電線路進(jìn)行優(yōu)化，在設(shè)計(jì)中可以采取雙避雷線架設(shè)，并分別配備導(dǎo)地線以及OPWG各一條。OPWG的主要功能就是光纖通信以及架空地線的功能，同時(shí)還具有良好的熱穩(wěn)定性能，一旦出現(xiàn)單相接地短路情況時(shí)，通過接地網(wǎng)泄放故障電流，地線返回并經(jīng)過OPWG使其發(fā)熱，但是由于35kV線路短路電流的持續(xù)時(shí)間較短，在出現(xiàn)短路情況時(shí)，其散發(fā)出的全部熱量需要用在提升OPWG的溫度上，同時(shí)溫升要求不得超過設(shè)計(jì)的允許值。而雙導(dǎo)地線架設(shè)的桿塔，防雷的保護(hù)角一般為0°，可以消除以往的局限性，從而起到預(yù)防雷擊的作用。

2.2定期做好線路防雷檢測

風(fēng)電場根據(jù)運(yùn)維規(guī)范要求，每年都要定期開展年度預(yù)防性試驗(yàn)及各項(xiàng)設(shè)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(shè)備防雷檢測包括箱變、風(fēng)機(jī)、升壓站設(shè)備、綜合配電設(shè)施及建筑物等，檢測內(nèi)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(hù)對象和電氣、信息設(shè)備基本情況、防雷裝置設(shè)置基本情況及雷災(zāi)歷史、其他情況。主要的防雷檢測技術(shù)依據(jù)為：《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》GB/T21431-2015、《防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》DB15/T500-2011。風(fēng)電場要根據(jù)防雷檢測結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行缺陷隱患整改工作，以保證雷電多發(fā)季節(jié)設(shè)備性能可靠。

2.3人工定位引雷

（1）原理。當(dāng)雷電云層形成時(shí)，云層與地面之間產(chǎn)生一個(gè)電場，此電場強(qiáng)度可達(dá)到5kV/m。雷電云層會產(chǎn)生下行先導(dǎo)，下行先導(dǎo)電荷以階梯形式向地面運(yùn)動(dòng)。在下行先導(dǎo)從雷云逐漸運(yùn)動(dòng)至地面的過程中，地面導(dǎo)體表面會產(chǎn)生上行先導(dǎo)。上行先導(dǎo)向上傳播一直到與下行先導(dǎo)會合。此時(shí)，雷電通道既已形成，雷擊開始，雷電流通過所形成的通道流向大地。當(dāng)雷電的下行先導(dǎo)向地面運(yùn)動(dòng)的過程中，地面上的其他建筑物均可能會生成上行先導(dǎo)。

2.4采用架空線路與地埋電纜相結(jié)合的線路架設(shè)方式

由于高原風(fēng)電場集電線路需要連接各臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)直至進(jìn)入升壓站，線路跨度大、距離長，地形復(fù)雜。因此可以針對不同的地質(zhì)條件及地形環(huán)境，集電線路采用架空線路與地埋電纜相結(jié)合的方式鋪設(shè)。對于跨越山谷，地質(zhì)條件不適合挖掘，地勢相對較平緩且不易發(fā)生雷擊事件的地段，采用架空線路的方式;對于地質(zhì)條件適合挖掘且雷擊事故多發(fā)的線路段，進(jìn)行合理的線路規(guī)劃，選用合適絕緣等級的電纜，采用地埋電纜的方式。地埋電纜具有以下優(yōu)勢：①占地面積少，電纜一般埋設(shè)在土里、溝道、隧道中，不需要使用桿塔，占地少，基本不使用地面上空間;②可靠性高，埋設(shè)于地下受氣候條件和周圍環(huán)境影響小，傳輸性能穩(wěn)定;③維護(hù)工作量大大減少。采用架空線路與地埋電纜相結(jié)合的線路傳輸方式，既可以適應(yīng)山地復(fù)雜的地形條件，又可以有效減少集電線路雷擊事件的發(fā)生。

結(jié)語

（1）對于雷電活動(dòng)較多地區(qū)，集電線路沿全線架設(shè)避雷線，可以在一定程度上提高線路的耐雷水平，但不能從根本上解決線路閃絡(luò)問題。對于雷電活動(dòng)相對較少的西北地區(qū)，避雷線防雷效果沒有本質(zhì)改善，可不考慮沿全線架設(shè)避雷線。（2）集電線路防雷措施的采取應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合考慮確定。目前風(fēng)機(jī)、箱變及附近桿塔的避雷器配置及接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)可以滿足集電線路及相關(guān)設(shè)備的防雷要求。對于個(gè)別經(jīng)常遭受雷擊或?qū)崪y接地電阻難以下降時(shí)，建議考慮增設(shè)線路避雷器保護(hù)，使線路耐雷水平滿足規(guī)范及線路安全運(yùn)行要求。（3）在加強(qiáng)防雷措施的同時(shí)，應(yīng)定期檢測過電壓保護(hù)裝置及電纜頭性能是否滿足要求，如箱變需要進(jìn)行技改時(shí)，建議將過電壓保護(hù)器裝置更換為避雷器。

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