高海拔、復(fù)雜地形下風電場架空線路設(shè)計及運行維護管理

方 磊

（水電十四局大理聚能投資有限公司，云南 大理 671000）

1 概 述

目前，國內(nèi)風電場場內(nèi)集電線路有架空線路和電力電纜兩種集電方式，兩種運行方式均各有優(yōu)缺點。架空線路的優(yōu)缺點分別是總體造價低，查找故障點及維護檢修較為方便，發(fā)生故障時，對地電容電流較小，瞬時性故障居多，但在高海拔地區(qū)冬季時存在覆冰風險，對鐵塔選型和抗冰凍設(shè)計要求較高；電力電纜的優(yōu)缺點分別是運行可靠性高，日常運行維護工作量相對較少，但總體造價較高，發(fā)生故障時查找故障點及檢修困難。風電場設(shè)計階段，合理地選擇場內(nèi)集電線路尤為重要。

2 某風電場35 kV場內(nèi)架空線路設(shè)計及運行情況

2.1 設(shè)計情況

云南某風電場于2015年12月份正式投運，風電場35 kV集電線路選擇兩回35 kV架空線路的集電方式送至110 kV升壓站，每回架空線路分別接入17臺風機和16臺風機，全線海拔高程在分布在2 600～3 100 m。架空線路塔型選擇3560-DJ2、3560-JJ3/JJ4、3560-ZS4、3560-JGu2及110-JGu3型鐵塔，架空線路主線選擇LGJ-240/30鋼芯鋁絞線，分支線選擇LGJ-95/20型鋼芯鋁絞線。線路設(shè)計氣象條件：云南?、蚣墯庀髤^(qū)（C=10，V=30 m/s）。

2.2 線路運行情況

2.2.1 線路覆冰后運行情況

2016—2018年線路運行期間，風電場在冬季降雪覆冰天氣時出現(xiàn)了鐵塔彎塔、折塔、導(dǎo)線鼓包及斷線的異常情況，嚴重影響了線路運行安全，經(jīng)電廠連同設(shè)計單位、咨詢單位共同分析，異常情況主要由如下幾方面原因造成。

（1）設(shè)計單位對風電場現(xiàn)場原始氣象資料收集不足、對風電場局部微地形和微氣象條件情況掌握不足，從而造成對線路設(shè)計氣象條件判定錯誤，進一步造成部分塔型選擇不滿足現(xiàn)場實際覆冰等級要求，在冬季線路覆冰超過該塔型設(shè)計等級時出現(xiàn)折塔、斷線情況。

（2）設(shè)計單位在重冰區(qū)選擇了同塔雙回線的架空線路，造成線路覆冰嚴重時導(dǎo)線對鐵塔拉力超過鐵塔自身強度。

（3）風電場在架空線路覆冰嚴重時，無有效的融冰、除冰措施，架空線路未配置直流融冰裝置，人工除冰裝置實用性不強。

2.2.2 線路抗冰整改措施

根據(jù)該風電場歷年出現(xiàn)的線路斷線、折塔等異常情況，公司組織設(shè)計單位進行了原因分析及整改方案的確定。針對海拔高度超過2 800 m以上的區(qū)域，結(jié)合風電場投運后的現(xiàn)場實際氣象條件，由設(shè)計單位采取了加密鐵塔、更換塔型的整改方式；對于地勢較高且覆冰嚴重的山脊、隘口區(qū)域，將架空線路直接更換為電力電纜，集電線路整改后最終采用架空線路和電力電纜混連的方式，從設(shè)計源頭直接消除架空線路覆冰問題。整改后更換的鐵塔全部按20 mm覆冰厚度設(shè)計，并選擇對應(yīng)塔型。對與擋距超過200 m的線路，均在兩基鐵塔之間新增1基耐張鐵塔，減少導(dǎo)線對鐵塔的拉力。同時，對架空線路的導(dǎo)、地弧垂均按20 mm冰區(qū)進行放線，減小線路覆冰時對鐵塔的拉力。針對原導(dǎo)線使用的防震錘全面取消，在懸垂絕緣子串加裝預(yù)絞絲護線條。

由于整改措施的落實實施，風電場在2018年底至2019年初的幾次低溫冰凍天氣未影響架空線路的安全運行。

2.2.3 其他線路問題

在高海拔、高山地區(qū)運行的架空線路，存在如下運行問題[1]。

（1）架空線路防雷問題

受所處地理位置影響，高海拔、高山地區(qū)的架空線路極易發(fā)生雷擊。雷擊直接造成線路跳閘，造成線路上開關(guān)、避雷器等設(shè)備損壞，影響線路的安全運行。為預(yù)防線路雷擊，除安裝常規(guī)的架空地線外，該風電場還采取了增加線路避雷器的方式進行雷擊防范。選取了地理位置相對較高的多基鐵塔增加線路避雷器，同時在T接至風機的電纜終端塔上均增加避雷器。通過多年運行，架空線路至今未出現(xiàn)過雷擊跳閘事件，線路防雷效果較為顯著。

（2）導(dǎo)線弧垂及風偏問題

因風電場現(xiàn)場風速較大，架空線路運行后，應(yīng)全線觀察導(dǎo)線弧垂、風偏后導(dǎo)線相間距離及相對地距離情況，特別關(guān)注架空線路垂直排列轉(zhuǎn)三角形排列后導(dǎo)線是否存在空間立體交叉及相間距離不足的問題，根據(jù)實際情況調(diào)整線路弧垂，確保在線路風偏或覆冰后相間距離滿足運行要求。

（3）T接至風機的電纜終端塔運行問題

該風電場單臺風機接入架空線路的方式為風機—箱變—電纜—對應(yīng)桿塔隔離開關(guān)—引下線—架空線路的連接方式，其對應(yīng)桿塔引下線、隔離開關(guān)、避雷器、接地線、電纜頭及支柱絕緣子在運行過程中會出現(xiàn)異常，如引下線在支柱絕緣子處脫落、支柱絕緣子固定螺栓松動、隔離開關(guān)三相觸頭不同步或接觸不良及避雷器接地線斷裂等問題，直接影響整回線路的安全運行。其中，隔離開關(guān)觸頭不同步或接觸不良造成的觸頭局部發(fā)熱會燒壞隔離開關(guān)，避雷器接地線斷裂后擺動可能造成相間或相對地短路，需及時整改。電廠在運行過程中應(yīng)重點加強巡視檢查，及時消缺。

3 高海拔地區(qū)架空線路設(shè)計及運行建議

3.1 架空線路抗冰設(shè)計及運行建議

3.1.1 設(shè)計階段建議

架空線路的設(shè)計階段，設(shè)計單位應(yīng)充分收集線路所處區(qū)域海拔高度、地形條件及氣象條件等資料，有針對性地對當?shù)貙嶋H氣象條件進行調(diào)查研究，特別對微地形、微氣候條件情況可能形成的氣候條件進行研究分析。該風電場在同一片山區(qū)，但因地形、海拔高度的不同出現(xiàn)了線路覆冰嚴重程度不同的現(xiàn)象，因此設(shè)計單位要對現(xiàn)場地形及可能存在的微氣象條件進行充分論證，正確選擇合適的塔型、導(dǎo)線。掌握氣象條件劃分冰區(qū)時，不能通過當?shù)卮髤^(qū)域冰區(qū)盲目地確定冰區(qū)，以免造成冰區(qū)劃分錯誤，直接影響線路抗冰能力。

若架空線路區(qū)域為重冰區(qū)，設(shè)計單位應(yīng)盡量增加耐張塔數(shù)量、減小線路擋距及增加線路弧垂。同時，應(yīng)合理選擇架空線路的路徑，避開嚴重覆冰帶。鐵塔位置盡量選擇在背風面，導(dǎo)線、金具及絕緣子盡量選擇不易覆冰的材料。

針對設(shè)計資料，建設(shè)單位必須嚴格開展設(shè)計審查，組織經(jīng)驗豐富、技術(shù)能力強的咨詢單位及專家進行設(shè)計資料審核，確保設(shè)計階段存在的問題及時發(fā)現(xiàn)、及時整改。

3.1.2 重點做好線路運行過程中的工作

冬季低溫冰凍天氣下，電廠應(yīng)加強對架空線路的巡視檢查，重點檢查線路、絕緣子及引下線等部位覆冰情況。若覆冰較為嚴重或具有逐步擴大的趨勢，應(yīng)立即停運線路，根據(jù)現(xiàn)場條件采取人工除冰的工作方式。若電廠或變電站配有直流融冰裝置，應(yīng)及時啟動直流融冰裝置進行融冰處理。人工除冰及直流融冰時，應(yīng)注意人員安全，人員禁止停留在導(dǎo)線及鐵塔下方，以防墜冰或?qū)Ь€斷裂、鐵塔折塔傷人。

3.1.3 做好架空線路日常維護檢修工作

（1）安排專業(yè)維護檢修隊伍定期開展架空線路巡視檢查，重點對線路隔離開關(guān)、避雷器、跳線、引下線及絕緣子情況進行檢查，使用紅外線熱成像設(shè)備對導(dǎo)線連接部位、隔離開關(guān)觸頭部位進行檢測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

（2）根據(jù)架空線路運行維護規(guī)程規(guī)定開展架空線路檢修及缺陷整改，重點對導(dǎo)線、絕緣子等部位開展螺栓緊固。

（3）注重架空線路通道區(qū)域樹木修枝問題，確保線路對地距離滿足運行要求；及時清理鐵塔底部或線路通道上存在的雜草，預(yù)防線路自身問題造成的火災(zāi)。

（4）定期做好鐵塔接地電阻檢測工作，確保鐵塔地網(wǎng)接地電阻滿足運行要求，增強線路雷擊時的泄流能力。

4 結(jié) 論

目前，國內(nèi)部分風電場均處于高海拔、高山地區(qū)，環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)大風、低溫冰凍的天氣。針對架空線路抗冰設(shè)計，設(shè)計單位應(yīng)充分掌握現(xiàn)場氣象條件及存在的微地形、微氣象情況，準確劃分冰區(qū)，嚴格按國家、行業(yè)規(guī)范合理選擇鐵塔塔型、導(dǎo)線、金具及絕緣子。架空線路投運后，風電場在冬季時應(yīng)加強對線路的巡檢工作，密切關(guān)注線路覆冰情況，根據(jù)覆冰嚴重情況采取停運線路或除冰的措施。在工程造價相差不大、且技術(shù)條件允許的情況下，建議有條件的風電場在重冰區(qū)選擇電力電纜的集電方式。同時，風電場要按架空線路運行檢修規(guī)程要求開展線路巡視、檢修及消缺工作，全面消除線路隱患或缺陷，確保線路的安全可靠運行。