風(fēng)電場(chǎng)集電線路雷擊事件分析及防雷策略

張學(xué)威

（國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)華投資公司，北京 100010）

1 研究對(duì)象及基本概況

本次研究所選取的對(duì)象為我公司所屬的新能源（包含風(fēng)電、光伏）發(fā)電場(chǎng)站。目前，公司投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)遍布我國(guó)西北、東北、華北、華南等地區(qū)近30個(gè)地縣級(jí)市，累計(jì)80余座，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)1060萬(wàn)千瓦。絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)所處地理位置風(fēng)資源良好，地區(qū)季節(jié)特性明顯、降雨量充沛，尤其在陜西、江蘇、河北、山東等地夏季多伴有雷雨大風(fēng)天氣，集電線路因雷擊跳閘的概率大大提高。因此，研究并采取合理措施促使提高線路防雷水平，對(duì)確保風(fēng)電場(chǎng)集電線路的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。

2 風(fēng)電場(chǎng)所屬地區(qū)年均雷暴日分布

我國(guó)雷暴日等級(jí)劃分為：平均年雷暴日不超過(guò)15d的地區(qū)為少雷區(qū)；平均年雷暴日超過(guò)15d但不超過(guò)40d的地區(qū)為中雷區(qū)；平均年雷暴日超過(guò)40d但不超過(guò)90d的地區(qū)為多雷區(qū)。在我國(guó)線路防雷規(guī)程中，一般以40日/年的雷暴日作為線路防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)我公司場(chǎng)站地理位置分布統(tǒng)計(jì)，可知風(fēng)電場(chǎng)所屬地區(qū)年均雷暴日等級(jí)分布占比如表1。沿海、山地等風(fēng)電場(chǎng)集電線路每年雷雨季節(jié)遭雷擊閃絡(luò)造成跳閘和停電較為頻繁，所以有必要考慮加強(qiáng)線路防雷性能。

表1

3 近3年35kV集電線路雷擊事故統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：我公司按風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目數(shù)統(tǒng)計(jì)，選用架空線路作為35kV架集電線路的項(xiàng)目場(chǎng)站占比約61%，選取地埋電纜場(chǎng)站占比約39%，顯然雷擊事故發(fā)生只能發(fā)生于架空線路，即架空線路的分布占比一定程度也影響著風(fēng)電場(chǎng)的雷擊跳閘率。

通過(guò)對(duì)研究對(duì)象近3年35kV架空集電線路跳閘統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2017年35kV線路跳閘累計(jì)47次，雷擊跳閘11次，占全年的23.4%；2018年35kV線路跳閘累計(jì)94次，雷擊跳閘20次，占全年的21.3%；2019年35kV線路跳閘累計(jì)96次，雷擊跳閘16次，占全年的16.7%，從近3年情況看來(lái)，雷擊跳閘約占總跳閘的20%比重。由圖1近3年35kV集電線路雷擊跳閘分布可知，雷擊事故多發(fā)生于每年的4～9月的春、夏兩季，說(shuō)明雷擊跳閘事故發(fā)生的季節(jié)性特點(diǎn)較強(qiáng)，有必要針對(duì)性地結(jié)合時(shí)節(jié)提前開(kāi)展防雷檢測(cè)等各項(xiàng)保障工作。

圖1

4 集電線路防雷性能提高措施

現(xiàn)在線路基本的防雷措施主要有架設(shè)避雷線、降低桿塔接地電阻、架設(shè)耦合地線、采用不平衡絕緣方式、裝設(shè)自動(dòng)重合閘、采用消弧線圈接地方式、裝設(shè)管型避雷器、加強(qiáng)絕緣等。考慮到有些風(fēng)電場(chǎng)集電線路老化、設(shè)計(jì)水平落后、氣候變化等原因，結(jié)合目前工程實(shí)際及技術(shù)改造可行性，著重提出以下幾點(diǎn)集電線路防雷措施，以更貼合生產(chǎn)運(yùn)維實(shí)際需要。

4．1 定期做好線路防雷檢測(cè)

風(fēng)電場(chǎng)根據(jù)運(yùn)維規(guī)范要求，每年都要定期開(kāi)展年度預(yù)防性試驗(yàn)及各項(xiàng)設(shè)備性能檢測(cè)，防雷檢測(cè)更是很重要的一環(huán)節(jié)。其中，電氣設(shè)備防雷檢測(cè)包括箱變、風(fēng)機(jī)、升壓站設(shè)備、綜合配電設(shè)施及建筑物等，檢測(cè)內(nèi)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(hù)對(duì)象和電氣、信息設(shè)備基本情況、防雷裝置設(shè)置基本情況及雷災(zāi)歷史、其他情況。主要的防雷檢測(cè)技術(shù)依據(jù)為：《建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB/T 21431-2015、《防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》DB15/T 500-2011。風(fēng)電場(chǎng)要根據(jù)防雷檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行缺陷隱患整改工作，以保證雷電多發(fā)季節(jié)設(shè)備性能可靠。

4．2 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(jiàn)的防雷手段。在具體實(shí)施防雷過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)基桿塔土壤的電導(dǎo)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(nèi)。雷擊高風(fēng)險(xiǎn)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2所列數(shù)值。宜采用增大水平/垂直接地體長(zhǎng)度、增加接地體埋設(shè)深度的方式降低接地電阻，禁止使用化學(xué)降阻劑或含化學(xué)成分的接地模塊。

表2

4．3 采用地埋電纜方式

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，按風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)，選取35kV架空線路架空線路的項(xiàng)目場(chǎng)站占比61%，選取地埋電纜場(chǎng)站占比39%。建議在建或即將開(kāi)發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，尤其在多雷區(qū)，考慮項(xiàng)目所處地理、氣候等因素，設(shè)計(jì)之初應(yīng)采用地埋電纜作為集電線路，以降低雷擊跳閘率，提高供電可靠性。另一方面，地埋電纜如下優(yōu)勢(shì)：占地少。一般埋設(shè)于土壤中或敷設(shè)于室內(nèi)、溝道、隧道中，線間絕緣距離小，不用桿塔占地少，基本不占地面上空間；可靠性高。受氣候條件和周圍環(huán)境影響小，傳輸性能穩(wěn)定，可靠性高；分布電容較大；維護(hù)工作量少。

4．4 絕緣介質(zhì)加涂RTV涂料

對(duì)于雷擊高風(fēng)險(xiǎn)的集電線路，宜采用加強(qiáng)絕緣的措施。在戶外用絕緣子和套管表面加涂硅有機(jī)憎水涂料，以室溫硫化硅橡膠（RTV）為代表，作用機(jī)理：涂料具有疏水和獨(dú)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(méi)有形成連續(xù)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(xué)污染物在其表面結(jié)垢，降低閃絡(luò)的可能性，在工程應(yīng)用中獲得了很滿意的效果。

4．5 降低保護(hù)角

用避雷線來(lái)保護(hù)集電線路時(shí)，目前，都用保護(hù)角的大小來(lái)表示其對(duì)線路的保護(hù)程度。保護(hù)角即圖中避雷線和邊相導(dǎo)線的連線與經(jīng)過(guò)避雷線的垂直線之間的夾角，夾角以內(nèi)的保護(hù)區(qū)域就是保護(hù)范圍。保護(hù)角越小，避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)作用越有效，為了減小保護(hù)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(jià)，所以保護(hù)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(hù)角。結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維實(shí)際情況，對(duì)于多雷區(qū)，集電線路保護(hù)角應(yīng)有針對(duì)的進(jìn)行調(diào)整，以確保有效地降低雷擊跳閘率，提高線路運(yùn)行可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)35kV集電線路雷擊跳閘原因及規(guī)律進(jìn)行了分析，介紹了幾種提高線路防雷性能的主要措施，在確定、提高線路的防雷方式時(shí)，應(yīng)全面考慮線路的投運(yùn)年限、電壓等級(jí)、供電的重要程度、當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒?dòng)強(qiáng)弱、地形地貌的特點(diǎn)、土壤電阻率等條件，采取合理的改進(jìn)措施以保證線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。