风电场集电线路杆塔雷击因素与防雷接地保护策略

孙晨

摘要：在改革开放的新时期，经济在迅猛发展，社会在不断进步，在风电场中，风机的分布一般比较分散，所有风电机组分成2～3组，每组10～14台风机通过集电线路线路并联后将电能送往升压站，再经变压器升压后与系统变电所相连实现电能外送。

关键词：风电场;集电线路;杆塔雷击因素;防雷接地

引言

风电场集电系统一般采用中性点低电阻接地，单相接地时，按规范要求故障线路瞬时跳闸，不允许重合闸，同时该系统在风机、箱变处的杆塔接地网常与风机、箱变共用1个接地网，接地电阻一般≤4Ω，远低于集电线路其他位置的杆塔接地电阻。相比于6～66kV配网系统中性点不接地或不直接接地系统，由于集电线路不允许采用重合闸，所有单相接地事故都将导致线路跳闸。衡量输电线路的防雷水平有2个指标：耐雷水平和雷击跳闸率。因而应当充分考虑到集电系统的特点，采取经济合理的防雷措施，使集电线路具有一定的耐雷水平，减少集电系统单相接地跳闸次数，降低雷击跳闸率，提高风电场安全运行的可靠性。本文结合相关规范的防雷要求详细分析各种防雷措施的效果与对集电线路防雷的适应性，根据雷电过电压与集电系统特点及线路防雷要求对某风电场雷击事故原因进行简要分析。

1高原风电场集电线路雷击类型分析

高原风电场集电线路雷击类型可以根据过电压形成的物理过程大致分为两种：一种是直击雷过电压，即雷电直接击中杆塔、避雷线或导线而引起的线路过电压;另一种是感应雷过电压，即雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。按照雷击线路部位的不同直击雷又分为两种情况：一种是雷击线路杆塔或者避雷线时，雷电流通过雷击电阻抗使得该点对地电位骤然升高，当雷击点与导线之间的电位差超过绝缘的冲击放电电压时，对导线发生闪络，使导线出现过电压。因为杆塔或者避雷线的电位（绝缘值）高于导线，因此通常称为反击雷;另一种是雷电直接击中导线（无避雷线时）或绕过避雷线（屏蔽失效）击于导线，直接在导线上引起过电压，通常称之为绕击雷。

2风电场集电线路杆塔雷击因素与防雷接地保护策略

2.1架设双避雷线

由于集电线路杆塔路径以及长度的变化，线路转角塔防雷也受到了一定的影响而出现了一定的局限性。这就需要对集电线路进行优化，在设计中可以采取双避雷线架设，并分别配备导地线以及OPWG各一条。OPWG的主要功能就是光纤通信以及架空地线的功能，同时还具有良好的热稳定性能，一旦出现单相接地短路情况时，通过接地网泄放故障电流，地线返回并经过OPWG使其发热，但是由于35kV线路短路电流的持续时间较短，在出现短路情况时，其散发出的全部热量需要用在提升OPWG的温度上，同时温升要求不得超过设计的允许值。而双导地线架设的杆塔，防雷的保护角一般为0°，可以消除以往的局限性，从而起到预防雷击的作用。

2.2定期做好线路防雷检测

风电场根据运维规范要求，每年都要定期开展年度预防性试验及各项设备性能检测，防雷检测更是很重要的一环节。其中，电气设备防雷检测包括箱变、风机、升压站设备、综合配电设施及建筑物等，检测内容包含基本情况和防雷类别确定、高、低压供配电基本情况、主要防雷保护对象和电气、信息设备基本情况、防雷装置设置基本情况及雷灾历史、其他情况。主要的防雷检测技术依据为：《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2015、《防雷装置检测技术规范》DB15/T500-2011。风电场要根据防雷检测结果，及时进行缺陷隐患整改工作，以保证雷电多发季节设备性能可靠。

2.3人工定位引雷

（1）原理。当雷电云层形成时，云层与地面之间产生一个电场，此电场强度可达到5kV/m。雷电云层会产生下行先导，下行先导电荷以阶梯形式向地面运动。在下行先导从雷云逐渐运动至地面的过程中，地面导体表面会产生上行先导。上行先导向上传播一直到与下行先导会合。此时，雷电通道既已形成，雷击开始，雷电流通过所形成的通道流向大地。当雷电的下行先导向地面运动的过程中，地面上的其他建筑物均可能会生成上行先导。

2.4采用架空线路与地埋电缆相结合的线路架设方式

由于高原风电场集电线路需要连接各台风力发电机直至进入升压站，线路跨度大、距离长，地形复杂。因此可以针对不同的地质条件及地形环境，集电线路采用架空线路与地埋电缆相结合的方式铺设。对于跨越山谷，地质条件不适合挖掘，地势相对较平缓且不易发生雷击事件的地段，采用架空线路的方式;对于地质条件适合挖掘且雷击事故多发的线路段，进行合理的线路规划，选用合适绝缘等级的电缆，采用地埋电缆的方式。地埋电缆具有以下优势：①占地面积少，电缆一般埋设在土里、沟道、隧道中，不需要使用杆塔，占地少，基本不使用地面上空间;②可靠性高，埋设于地下受气候条件和周围环境影响小，传输性能稳定;③维护工作量大大减少。采用架空线路与地埋电缆相结合的线路传输方式，既可以适应山地复杂的地形条件，又可以有效减少集电线路雷击事件的发生。

结语

（1）对于雷电活动较多地区，集电线路沿全线架设避雷线，可以在一定程度上提高线路的耐雷水平，但不能从根本上解决线路闪络问题。对于雷电活动相对较少的西北地区，避雷线防雷效果没有本质改善，可不考虑沿全线架设避雷线。（2）集电线路防雷措施的采取应当根据项目现场环境条件及经济性进行综合考虑确定。目前风机、箱变及附近杆塔的避雷器配置及接地网的设计可以满足集电线路及相关设备的防雷要求。对于个别经常遭受雷击或实测接地电阻难以下降时，建议考虑增设线路避雷器保护，使线路耐雷水平满足规范及线路安全运行要求。（3）在加强防雷措施的同时，应定期检测过电压保护装置及电缆头性能是否满足要求，如箱变需要进行技改时，建议将过电压保护器装置更换为避雷器。

參考文献

[1]李森.耦合地线在35kV线路防雷中的应用[J].电世界，2014，55（09）：10.

[2]张军六，张兴忠.风电场集中接入对集电线电流保护的影响研究[J].可再生能源，2020，38（05）：647-653.