刘鑫
（晋能清洁能源风力发电有限责任公司 山西太原 030000）
摘要：以目前风力发电的发展情况来看，在未来的几年，风电装机有望保持快速增长。风电场大多采用35kV架空线路。引起风电场集电线路故障跳闸的原因有很多，其中，因雷击引起的跳闸次数位居首位，据统计大约占电网总事故的60%以上。衡量风电场集电线路的防雷电能力，在实际工程中往往是以线路的耐雷水平以及在遭受雷击时的跳闸率为指标。要减少因线路故障带来的风电场经济损失，就要分析和探讨如何降低集电线路故障。
关键词：风电场；集电线路；防雷保护
引言
雷电现象是带异性电荷的雷云间或是带电荷雷云与大地间的长距离大气放电现象。它能直接或间接地对地面设施造成损害。受雷电活动的强烈和地形等影响因素，雷击集电线路引起的事故率更高。同时，雷电过电压沿线路传播侵入风电场内部，也是危害风电场内设备安全运行的重要因素。因此，有必要分析和探讨线路的防雷保护相关方面的内容。
1描述典型事故和分析原因
某风电场地处强雷暴地区，年平均雷暴日达到75天，全年雷击频繁，尤其遇到夏季台风天气更加频繁。2016年6月5日下午该风电场区域出现强雷暴天气，14：17主变低后备复流I段保护动作，主变35kV侧331开关跳闸，动作值IA=3.141A、IB=3.157A、IC=3.11A，动作时限1.722s，经折算可以得出：故障电压达44kV，故障电流达4000A，故障时间为1.722S。跳闸前平均风速为2.5m/s，负荷为0万kW，跳闸导致风场24台风机停运。进行现场检查后发现#13风机箱式变压器被雷击过电压过电流击穿，并且发生了短路烧毁现象。该风电场共三条集电线路，总长度约21km，集电线路铁塔途径旷野山脉，线路路径长、海拔高，地形复杂，土壤电阻率高，恰逢夏季雷电活动频繁，遭受雷击的机率较大，雷击放电带来很高的雷击过电压，是造成线路跳闸事故的主要原因，也是造成线路设备击穿损坏的直接原因。
2分析防雷接地优化保护措施
2.1降低杆塔接地电阻
根据该地区雷电多发且多为雷电绕击的特征，为了降低山区线路雷击跳闸率，首先可以采用架设双地线作为防止直击雷保护线对边导线的保护角≤0°，每基杆塔避雷线均直接接地。另外，除了正常方环射线的接地方式，采取接地模块方式降低接地电阻值，以提高耐雷水平。接地装置正常采用方环带射线水平浅埋形式，接地体埋深山地为0.6m，多岩山地为0.4m，耕地水田为0.8m。对于杆塔高度在40m及以上杆塔，接地电阻不宜超过表1所列数值的一半；对容易受雷击区域杆塔，部分腐蚀严重地区、土壤电阻率较高的地区和海拔较高山头，接地射线无法辐射的地段或覆盖层较薄的地区，集电线路杆塔采用接地模块等方式来降低接地电阻。同时，必须保证接地模块与杆塔之间的引流线安装工艺正确，有足够的接触面积，有效地引导雷击电流通过接地网分流；可以采用6-8根放射线或连续伸长接地体，加装垂直接地极，尽量降低接地电阻值。升压站进出线段2km范围内的工频接地电阻及电缆上塔的杆塔接地电阻应做到≤10Ω；
2.2架空地线
对于同塔双回集电线路，如果改为双避雷线防护方式，能降低上相的最大绕击雷电流值，加强线路对于雷电绕击的防护效果，避免发生概率较高的小幅值雷电流造成的单相接地事故。
2.3加装线路式避雷器
（1）线路式防雷避雷器的基本特点包括安装方便（可采用悬吊、直立、倾斜等不同安装方式；体积小，重量轻，方便安装、简单，安装成本低）、可靠性高（内部不易受潮；采用高性能氧化锌电阻片，长持续时间电流和大电流冲击耐受水平高，热稳定性更好）、适用寿命长（硅橡胶绝缘外套避雷器安全性和化学稳定性更好，拥有更优异的憎水、抗老化、密封、防爆等性能特征）、设计合理（避雷器采用大爬距设计，避雷器本体爬电比距为35.37mm/kV，能满足本省最高等级e级污区要求）。
（2）线路式避雷器防雷基本原理：
一般高度的杆塔，线路耐雷水平与几个因素有关，具体为：有无架空地线；线路绝缘子的50%放电电压；杆塔接地电阻；雷电流强度。绝缘子的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和气候条件相关，不装设避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用架空地线、降低杆塔接地电阻。线路避雷器与线路绝缘子并联，当雷击时避雷器动作，避雷器的残压低于绝缘子串的50%放电电压，及时雷击电流增大，避雷器的残压仅稍有增加，绝缘子仍不发生闪络。雷电流过后，流过避雷器的工频续流仅为毫安级，流过避雷器的工频续流在第一次过零时熄灭，升压站开关柜内断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。
2.4定期检测
必须加强对集电线路杆塔防雷接地系统的定期检测工作，保证防雷接地系统的可靠性。
（1）根据规定的检测周期和项目，保证每年雷雨季前完成线路避雷器的预试、预检项目的检测，对于试验不符合的避雷器及时更换；
（2）检查引流线与铁塔，铁塔与接地引下线之间的电气连接；
（3）杆塔接地电阻应同时满足设计规程（设计值为土壤干燥）和运行规程的要求，既要符合实测土壤电阻率的要求；又要及时掌握其变化情况。
采用三极法测量接地电阻时，通过铁塔的接地装置应将接地引下线与铁塔分开后进行测量；电压极P和电流极C分别布置在离杆塔基础边缘dGC=4L处和dGP=2.5L处，L为杆塔接地装置放射形接地极的最大长度。dGP为接地装置G和电压极P之间的直线距离，dGC为接地装置G和电流极C之间的直线距离。
3结语
总之，为提高集电线路的防雷性能，降低集电线路的雷击跳闸率，应充分考虑地貌特点、当地地形、土壤电阻率的高低、线路运行及气象等方面的情况，根据技术经济比较结果，采取相应的防雷保护措施，进而保证风电场的安全稳定运行。
参考文献：
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[2]元学军.浅析35kV架空线路的防雷保护技术[J].大科技，2014（25）：121-121，122.
[3]陈锐郭，王涛，蔡亮.当前输电线路的防雷措施的探讨[J].中国新技术新产品，2011（15）：100.
作者简介：
刘鑫（1990.09.14）男；山西省忻州市五台县茹村乡；汉；专科；本科；助理工程师；专工；研究方向：集电线路；单位：晋能清洁能源风力发电有限责任公司。
论文作者:刘鑫
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
标签：杆塔论文; 避雷器论文; 线路论文; 防雷论文; 雷电论文; 电线论文; 电阻论文; 《河南电力》2018年10期论文;