(中国电力工程顾问集团新能源有限公司西安分公司 陕西西安 710032)
摘要：我国风资源丰富，全国范围内分布大量地形各异的风电场，有戈壁草原、有丘陵山地、有沿海滩涂、有海上承台；而分布于风电场内的集电线路，其防雷设计上就需要适应考虑各方面因素，因此必须建立一套安全可靠、经济可行的集电线路防雷性能评估方法。本文基于耐雷水平计算过程中各个关键因素的分析结果，针对不同雷击风险等级下的雷击跳闸率，选择可靠经济的防雷优化措施，使风能资源成为我国电力系统中一种相对可靠平稳的电力资源，减少风能不稳定对电力系统的冲击。
关键词：集电线路；防雷性能；雷击风险等级；
0引言
风电场35kV集电线路遭受雷击所造成的问题愈来愈严重，轻则线路跳闸风机停运，重则损坏电气设备，冲击电力系统，严重的降低了风力发电的可靠性，造成了用户不敢用或者不想用的客观现象；风电的相对不稳定性，造成了风能在我国电力资源比例中的比重处于一个相对较低的水平，使我国优质的风能资源不能得到有效的利用，制约了我国新能源风力发电事业的快速发展。因此，“集电线路”防雷设计目前是一项非常严峻的工作，作为我国“清洁能源”利用中的一个环节，必须予以重视，降低故障率。
1影响耐雷水平主要因素
根据各省电力公司雷击事故统计结果分析，35kV集电线路雷击型式主要为“雷电直击杆塔塔顶或避雷线”，影响反击耐雷水平的主要因素有：（1）线路绝缘水平；（2）杆塔的接地电阻；（3）架设避雷线；（4）杆塔高度。
1.1线路绝缘水平
线路的绝缘配置设计主要是根据国家电网各省电力公司划定的污区分布图，按照线路的工频电压进行绝缘子片数选择。
从表1-2可以得出，06B2-Z1铁塔从12米呼高到30米呼高，反击耐雷水平降低了39%。
2防雷性能评估方法
2.1规程法[1-2]
（1）雷击杆塔顶部时的耐雷水平
I1=u50%1-kβRi+haht-kβLt2.6+1-hghck0hc2.6
式中：u50%——绝缘子串50%冲击放电电压（kV）。
ha——横担对地高度（m）。
ht——杆塔全高（m）。
hg——避雷线对地平均高度（m）。
hc——导线对地平均高度（m）。
（2）雷绕击导线时，耐雷水平I2可由下式求出：
I2=u50%100
（3）有避雷线线路的跳闸率可按下式计算：
N=NLηgP1+PαP2
式中：NL——每100km线路每年的雷击次数，次/100km•a。P1——超过雷击杆塔顶部时耐雷水平I1的雷电流概率，即P（I0≥I1）,I1随雷击时刻系统工作电压瞬时值不同而变化；P2——超过雷绕击导线时耐雷水平I2的雷电流概率，即P（I0≥I2）
2.2雷电监测系统[3]
基于广域雷电地闪监测系统，统计记录输电线路雷击监测下的雷电流波形、极性、幅值；采用网格法获得线路走廊或区域地闪密度，进而绘制地闪密度分布图。雷击跳闸率采用区间组合法计算，将雷电流幅值和雷电先导入射角两个随机变量划分为多个区间，然后以典型量代表区间变量，分区间进行确定性计算，最后将各区间对应的雷击跳闸率按区间出现概率加权求和，获得线路雷击跳闸率。
2.3电气几何模型
（1）由雷云向地面发展的先导通道头部到达被击物体的临界击穿距离——击距以前，击中点是不确定的，先到哪个物体的击距内，即向该物体放电,忽略雷击目的物体的形状和邻近效应等其它因素对击距的影响。
（2）击距rs是雷电流幅值I的函数[4]。
图2-1 雷击线路的电气几何模型
图2-1为雷击线路的电气几何模型。S为地线，C为导线，α为保护角，对于不同的雷电流幅值Ii，由上述关系式可算出相应的击距rsi。当先导头部进入BiCi弧面，放电将击向地线。当先导头部进入CiDi弧面则击中导线，即发生绕击。所以CiDi弧面称为暴露面。当先导头部进入DiEi平面，则击中大地。随着雷电流幅值的增大，暴露弧CiDi逐渐缩小。当雷电流增大到Im时缩小为零。此时雷或击中地线，或击中大地，不再发生绕击。Im称为最大绕击电流。相应的击距称为最大击距rsm。
3防雷性能评估
3.1防雷性能评估指标
（1）耐雷水平
目前一般设计规定35kV线路的耐雷水平应符合下表所列数值：
表3-1 有地线线路的反击耐雷水平（kA）
（2）雷击跳闸率
由于35kV线路绝缘水平较低，易雷击跳闸，同时，雷击的区域性差异较大及其在电力系统中的重要性较低，因此国家电网公司未明确35kV线路雷击跳闸率统一考核目标，由各省、市根据所属区域雷暴情况，设定运行跳闸率考核目标。（参考国家电网公司企业标准Q/GDW 11452-2015规定）。
3.2雷击风险等级
表3-2 雷击风险等级划分
其中，S为线路实际雷击跳闸率控制参考值，Ri为计算得到的线路某一杆塔对应水平档距段的雷击跳闸率，R为计算得到的线路平均雷击跳闸率。
3.3防雷优化措施
针对重雷区、山区、高土壤电阻率等雷击风险等级较高的区域，采用一定的防雷优化措施：（1）线路路径选线过程中，宜尽可能的避让雷击风险等级较高的区域。（2）线路全线应提高线路杆塔绝缘配置。（3）线路全线应架设避雷线，在技术条件允许的情况下，可考虑架设双地线。（4）在线路杆塔定位过程中，应尽量避免特高杆塔的使用，尽量降低杆塔高度。（5）线路全线杆塔接地装置工频接地电阻应尽可能降低，宜不超过规程要求值得0.5倍。
（6）对于处于线路中易受雷击点，可考虑安装线路避雷器。（7）对于线路中杆塔位土壤电阻率较高塔位，可采取换土、外接低电阻区域、铺设物理降阻剂、安装接地模块的方法，降低塔位土壤电阻率。
4结语
本文所涉及到的雷击风电场35kV集电线路引起线路跳闸，设备损坏的实际问题，是一个很普遍的现实问题，这个问题的有效解决，对我国新能源风力发电的发展具有很重要的意义；问题中的主体35kV集电线路，其杆塔整体高度不高（普遍低于40m），绝缘水平相对雷电流普遍较低，其遭受的雷击跳闸主要以“反击”为主，雷电“绕击”现象相对较少；本文基于不同风电场的“差异化”，有针对性的对集电线路进行防雷设计，评估其防雷性能。
参考文献:
[1]DL/T 620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].北京：中国电力出版社，1997
[2]GB/T 50064-2014,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014
[3]Q/GDW 11452-2015,架空输电线路防雷导则[S].北京：国家电网公司科技部，2016
[4]GB/T 50064-2014,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014
论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：线路论文; 杆塔论文; 雷电论文; 防雷论文; 避雷线论文; 电线论文; 地线论文; 《电力设备》2018年第16期论文;