風電場集電線路防雷

徐勇石 王佳鑫 于浩洋 沈博

摘要：為減少集電線路雷擊跳閘事件，從而達到在雷雨天氣有效地保護發電設備，保證輸電線路穩定運行的目的。本文對風電場集電線路防雷措施進行了深入的探討，以供相關的工作人員參考借鑒。

關鍵詞：風電場;集電線路;防雷措施

1風電場集電線路防雷措施

1.1定期做好線路防雷檢測

風電場根據運維規范要求，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節。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為：《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T21431-2015、《防雷裝置檢測技術規范》DB15/T500-2011。風電場要根據防雷檢測結果，及時進行缺陷隱患整改工作，以保證雷電多發季節設備性能可靠。

1.2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1所列數值。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。

1.3架空線路改為直埋電纜

電纜直埋可以在一定程度上降低雷擊的可能性。當雷擊大地時，鄰近區域的電纜損壞率上升，雷擊損壞程度與雷擊電流、大地電阻率、電纜結構（如有沒有與大地直接接觸的金屬護層）等因素有關，有絕緣外護層的電纜比連續與土壤接觸的金屬護套電纜對雷電更敏惑，如果在有絕緣外護層的電纜的上方，安裝1條與土壤接觸的屏蔽線，可使土壤的電位值降低80%以上。另外電纜直埋有1個不利之處，直埋電纜的地方的落雷概率要比其他地方高，尤其是電纜埋設在土壤電阻率較高的地方時，由于在土壤電阻率交高的地方埋設1條電纜，相當于在高電阻率地區有1塊低電阻率的區域，而雷擊具有選擇性，雷電易襲擊電阻率較低的區域，所以埋電纜的區域雷擊概高。

1.4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。

1.5降低保護角

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，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。

1.6安裝防繞擊主動接閃避雷針

當雷電云層形成時，雷電云層會先形成一個下行先導并且以階梯形式向地面移動，這個下行先導攜帶著的電荷與地面建立起電場，此時地面上有凸起物體或會導電金屬部件產生一個上行的先導，此上行先導向上傳播與下行先導會合后，閃電產生的電流就會流過所形成的通道。地面上的凸起物或金屬部件可能會形成一個或者多個上行先導，與下行先導會合的第一個上行先導，就形成了具體的雷擊點。Ω-X主動接閃避雷針的工作原理是：在輸電線路桿塔頂端部位人為制造一個比普通避雷針更靈敏、更高效的上行先導。在相同條件下，主動接閃避雷針比普通避雷針保護范圍更廣，其特點主要有：（1）采用無放射性元素的不銹鋼材料，耐腐蝕和抗風能力較強;（2）不需要供電，不需要配置相關耗能電子元件，因此也無需做相關維護;（3）重量較輕，安裝簡便，無需加裝同軸屏蔽電纜。在雷電頻發區域的集電線路桿塔上，建議安裝型號為OMEGA-25（Ω-X）提前預放電接閃器裝置，接閃裝置制作1條引下線獨立絕緣引下，同時制作獨立的接地網，接地電阻小于等于20Ω。避免雷電擊中桿塔引起地電位反擊，因此抬升高電位對絕緣子串發生閃絡。

1.7采用不平衡絕緣

對雙回路采用不平衡絕緣，通過偏弱絕緣回路的跳閘減少另一回路的雷擊跳閘。對于一般風電場集電線路，從節省占地和降低線路建設費用的角度來說，雙回路也是經常采用的方式，當兩條線路相差1片絕緣子時，U50%相差約125kV，隨著接地電阻值的不同，線路反擊耐雷水平相差12-15kA。

1.8絕緣子串加并聯間隙

并聯間隙防雷是對傳統防雷保護方式的有效補充，日本.德國、法國等國家從20世紀60年代已開始研究在架空送電線路上使用并聯放電間隙并積累了豐富的技術資料和運行經驗，現在幾乎所有的絕緣子串上都安裝有形狀各異的放電間隙。通過加裝放電間隙可以保護絕緣子避免電弧燒傷，有助于工頻電弧熄滅。

1.9做好巡檢、記錄及隱患消除工作

在日常工作中，檢修維護人員應該做好巡檢、記錄及隱患消除工作。如果發現接地線或接地扁鐵破損、斷裂等問題應該及時處理，保證桿塔良好的接地性能。并且還應該定期檢測其接地電阻，其數值應該符合GB50061-1997《66kV及以下架空線路設計規范》的要求。

1.10避開雷電活動頻繁的地區

對于新架設的線路，在設計時應避開雷電活動頻繁的地區。一般風電場集電線路都必須跟隨風電機組布置，而風電機組一般都選擇在地形相對偏高的位置，集電線路主路徑很難避開雷電活動相對多的地區，在集電線路連接完最后1臺風機后則可以根據路徑情況回避雷電活動多的區域。

2結束語

通過定期做好線路防雷檢測、改善接地裝置、架空線路改為直埋電纜、絕緣介質加涂RTV涂料、降低保護角、安裝防繞擊主動接閃避雷針、采用不平衡絕緣、絕緣子串加并聯間隙、做好巡檢、記錄及隱患消除工作、避開雷電活動頻繁地區等防雷措施，可以有效降低集電線路雷擊跳閘事件的發生次數，使得人員的人身安全、設備安全和電網安全的保障性能得到提高。

參考文獻

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