風(fēng)電場35kV架空線路防雷技術(shù)分析及措施

廣西卓潔電力工程檢修有限公司 王 飛

近年來，我國的電力技術(shù)不斷提升，使用風(fēng)力發(fā)電得到了廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)發(fā)電廠消耗能源的發(fā)電模式，使用風(fēng)力發(fā)電更加清潔，能將可再生的風(fēng)力資源進(jìn)行合理利用，不僅節(jié)約了自然資源，也促進(jìn)了電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展。風(fēng)電場的運(yùn)行受到了社會(huì)各界的重點(diǎn)關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電的安全性需要得到保障。

風(fēng)電場在建設(shè)過程中受到多種因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)將風(fēng)電場建設(shè)在復(fù)雜的地形條件的位置上，需要通過架空線路的方式在野外建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場。這就形成了一定的矛盾問題，很多的風(fēng)電場建設(shè)在山脊等特殊位置，處于雷電多發(fā)區(qū)域，這就很容易造成風(fēng)電場在運(yùn)行時(shí)受到雷電的襲擊，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。保障風(fēng)電場的安全運(yùn)行，需要針對性的解決防雷問題，提高風(fēng)電場35kV架空線路的防雷技術(shù)，減少風(fēng)電場遭受雷擊的頻率，通過技術(shù)的不斷創(chuàng)新，促進(jìn)防雷措施有效解決問題。

1 35kV架空線路的跳閘原因

風(fēng)電場在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)受雷擊跳閘的問題，原因是架空線路在過電情況下形成電流，導(dǎo)致架空線路的絕緣部分受到損害。根據(jù)風(fēng)電場的實(shí)際建造地點(diǎn)分析，35kV架空線路會(huì)受到建造的塔桿外形、絕緣保護(hù)效果、電阻情況、周圍環(huán)境等多種因素影響。

1.1 雷擊原因分析

通過對多個(gè)風(fēng)電場的雷擊案例進(jìn)行分析，研究得出雷擊的原因多為避雷器失效引起。目前在風(fēng)電場35kV架空線路防雷技術(shù)主要采用多種避雷器結(jié)合的形式進(jìn)行防護(hù)，如對防雷器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場的防雷裝置符合安全標(biāo)準(zhǔn)的情況下仍會(huì)發(fā)生多次雷擊的問題，表明當(dāng)前的防雷措施不能有效對風(fēng)電場進(jìn)行防護(hù)，需不斷更新防雷措施，對避雷器進(jìn)行升級(jí)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)因素

現(xiàn)階段風(fēng)電場的防雷裝置普遍將防護(hù)值指定為5kA，當(dāng)雷擊產(chǎn)生的電流超過這個(gè)數(shù)值時(shí)就會(huì)發(fā)生跳閘現(xiàn)象。但在風(fēng)電場實(shí)際日常工作中，雷擊的電流額度是不能準(zhǔn)確估算的，經(jīng)常會(huì)有超出防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的雷擊電流出現(xiàn)而影響風(fēng)電場的正常運(yùn)行。針對這一情況，需根據(jù)風(fēng)電場的建造地理位置進(jìn)行實(shí)地的考察，對周圍一定范圍內(nèi)的雷電強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、再進(jìn)行分析。如在風(fēng)電場的周圍15公里內(nèi)所收集的雷電電流數(shù)值經(jīng)過測算高于5kA，說明風(fēng)電場所設(shè)置防雷措施的額定電流標(biāo)準(zhǔn)過低，不能產(chǎn)生有效的防護(hù)作用，所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)電流限制了防雷措施發(fā)揮出實(shí)際功能[1]。

1.3 保護(hù)模式

使用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電具有更多的技術(shù)優(yōu)勢，能使用可再生能源為多個(gè)發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，同時(shí)進(jìn)行發(fā)電。在這一過程中進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化，最終提供了電力進(jìn)行輸送。在風(fēng)電場的日常運(yùn)行中需進(jìn)行檢測和維修工作，及時(shí)解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障問題，保障風(fēng)電場的有序運(yùn)行?，F(xiàn)階段風(fēng)電場的防雷技術(shù)主要是優(yōu)先保護(hù)的運(yùn)行模式，當(dāng)發(fā)生絕緣損壞的情況下會(huì)立即斷電，保障風(fēng)電場的安全。

但這種優(yōu)先保護(hù)的模式對于電力維修人員也造成了一定的檢修難度。因?yàn)榉览状胧┑膬?yōu)先保護(hù)，任意不同的線路出現(xiàn)故障問題就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電機(jī)的跳閘，不能準(zhǔn)確判斷是哪一個(gè)線路出現(xiàn)的問題，需逐一進(jìn)行排查，浪費(fèi)了大量的精力，給維修人員造成了更多的工作負(fù)擔(dān)。如果風(fēng)電場在受到雷擊襲擊時(shí)優(yōu)先供電，就能避免風(fēng)電場的立即斷電問題[2]。但容易出現(xiàn)避雷器的失效情況，造成風(fēng)電場的火災(zāi)等事故。為避免事故問題的發(fā)生，需構(gòu)建更加復(fù)雜的避雷器防護(hù)等級(jí)，提高避雷器的保護(hù)效果的同時(shí)、減少由于避雷器的工作造成的風(fēng)電場跳閘情況，結(jié)合實(shí)際的風(fēng)電場運(yùn)行情況去設(shè)置防護(hù)措施。

2 35kV架空線路避雷器分析

2.1 避雷器特點(diǎn)

風(fēng)電場35kV架空線路所使用的避雷裝置，主要是利用連接功能將多個(gè)線路進(jìn)行連接。避雷裝置的外部材質(zhì)是使用絕緣材料制作，連接件發(fā)揮了傳輸?shù)淖饔?。通常風(fēng)電場35kV架空線路所使用的避雷裝置是35kV電壓下的帶有接地功能的避雷器，在合理安裝和設(shè)計(jì)的情況下，能充分發(fā)揮出避雷器的實(shí)際效果，當(dāng)遇到雷雨天氣，能在避雷器的作用下線路內(nèi)的電流導(dǎo)向地面。設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)電流的額度，在額度范圍內(nèi)能防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到雷電形成的電流所損壞，對風(fēng)電場具有重要的防護(hù)作用[3]。

2.2 架空線路避雷器的工作原理

風(fēng)電場所使用的35kV架空線路的防雷裝置，主要是通過對線路的串聯(lián)原理進(jìn)行工作。由于避雷器的特殊性，并不會(huì)造成線路的老化等問題，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障。通過運(yùn)用35kV架空線路的風(fēng)電場技術(shù)特點(diǎn)，避雷裝置在設(shè)置時(shí)幾乎不會(huì)出現(xiàn)自身的故障情況，能明顯的減少風(fēng)電場的安全事故發(fā)生。在實(shí)際的避雷裝置使用中，需聘請專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行安裝，要針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際建造情況進(jìn)行設(shè)置，提高避雷器的實(shí)際使用效果。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上安裝的避雷裝置要處于線路當(dāng)中，使用更加先進(jìn)的新型防雷技術(shù)可提高風(fēng)電場的耐雷效果。當(dāng)遇到雷雨天氣時(shí)，雷擊形成的電流能在避雷器的作用下，順著避雷器的接地線將電流導(dǎo)入地面，形成了有效的防護(hù)效果。在35kV架空線路上安裝防雷設(shè)備，可將雷電形成的電流進(jìn)行分流，通過避雷設(shè)備的傳輸將會(huì)發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，從而形成耦合分量，提高線路的電位，降低形成的閃絡(luò)電壓。在專業(yè)的算法下，可通過公式進(jìn)行計(jì)算得出具體的電流強(qiáng)度數(shù)值。避雷器在風(fēng)電場35kV架空線路的應(yīng)用下，具有重要的雷電防護(hù)作用。

2.3 35kV架空線路的耐雷分析

發(fā)揮重要的防雷作用。風(fēng)電場所使用的35kV架空線路是高電壓強(qiáng)度的線路，是防雷技術(shù)的防護(hù)關(guān)鍵。安裝防雷設(shè)備要重點(diǎn)關(guān)注絕緣材料的選擇，多種線路的安裝合理化，保障避雷裝置的有效運(yùn)行。在不同的氣候地形條件下，雷電所形成的電流強(qiáng)度有所不同，要根據(jù)實(shí)際的防護(hù)需求進(jìn)行防雷裝置的設(shè)置。要制定合理的防護(hù)指標(biāo)，提高風(fēng)電場的耐雷效果[4]。

感應(yīng)雷電侵害。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特殊性，經(jīng)常在雷雨天氣里吸引雷電，雷電所形成的電流強(qiáng)度高時(shí)可對風(fēng)電場造成重大的危害。雷雨天氣所形成的直擊雷會(huì)迅速的放電，且會(huì)出現(xiàn)電效應(yīng)和熱效應(yīng)等現(xiàn)象，對35kV架空線路的導(dǎo)線造成重要破壞。線路遇到大量的電流襲擊會(huì)出現(xiàn)過大的電阻影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，造成風(fēng)電場跳閘等事故問題。

3 35kV架空線路的防雷措施

隨著對風(fēng)電場35kV架空線路的防雷技術(shù)的發(fā)展，不斷對防雷設(shè)施進(jìn)行了改造和升級(jí)，在原有的防雷技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展，提高防雷措施的防護(hù)效果。根據(jù)風(fēng)電場的建造位置，設(shè)計(jì)出更加符合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境的雷電防護(hù)需求的避雷措施，按照雷電電流的數(shù)值進(jìn)行等級(jí)的劃分，保障風(fēng)電場35kV架空線路的雷電防護(hù)效果。通過防雷技術(shù)改造，提高雷擊電流的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，劃分安全等級(jí)，以及其它的防雷技術(shù)來優(yōu)化風(fēng)電場的防雷措施[5]。

3.1 防雷技術(shù)改造的主要內(nèi)容

雷電防護(hù)措施對風(fēng)電場的防護(hù)，相比于傳統(tǒng)的雷電防護(hù)裝置，進(jìn)行全新的技術(shù)升級(jí)與改造，需對風(fēng)電場的修建場地的地形和氣候條件等，以及其他地形因素進(jìn)行綜合分析，根據(jù)實(shí)地考察所得的數(shù)據(jù)，來針對性的進(jìn)行防雷措施的設(shè)置。通過工作人員運(yùn)用專業(yè)技術(shù)來進(jìn)行風(fēng)電場的避雷器安裝工作，重點(diǎn)注意以下方面。

對雷電形成的電流最大數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，形成多個(gè)等級(jí)的避雷器防護(hù)系統(tǒng)，保障低電流量的雷擊不會(huì)造成風(fēng)電場的跳閘，避免出現(xiàn)不必要的斷電問題。對于高數(shù)值的雷擊電流，要設(shè)置高級(jí)的防護(hù)系統(tǒng)，保障避雷器能有效對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，不會(huì)產(chǎn)生重大的雷擊安全事故。

目前使用的架空線路的保護(hù)角度也不夠科學(xué)，經(jīng)常受到地理位置的影響而降低雷電防護(hù)效果。在地形相對平緩的平原地區(qū)能發(fā)揮出更多的防護(hù)作用，但是對于地理位置不夠平坦的山地位置則會(huì)影響實(shí)際的防護(hù)效果。需針對性的調(diào)整架空線路的保護(hù)角度，不斷的提高防雷技術(shù)的科技水平，促使地線的保護(hù)角度更加的科學(xué)化和合理化，能提高防雷措施的防護(hù)效果。

在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的構(gòu)造中，接地系統(tǒng)的合理性也會(huì)影響到線路的雷電防護(hù)效果。需對接地系統(tǒng)進(jìn)行改造和升級(jí)，來提高避雷器的防護(hù)技術(shù)。可通過安裝脫離器，在架空線路的雷電多發(fā)位置安裝避雷裝置，設(shè)置避雷器的多級(jí)防護(hù)等方式，來提高風(fēng)電場35kV架空線路的防雷效果。

3.2 防雷改造后的評估

對風(fēng)電場35kV架空線路的防雷技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，主要目標(biāo)是提高風(fēng)電場的安全性能，在遇到雷電天氣時(shí)，可避免雷電產(chǎn)生的電流過大，而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)造成損害，避免頻繁發(fā)生的風(fēng)電場跳閘問題，尤其在多發(fā)雷電多發(fā)的地區(qū)和雷雨季節(jié)，更要重視對于風(fēng)電場的雷電防護(hù)工作，保障電力輸送系統(tǒng)的安全運(yùn)行。經(jīng)過不斷的對防雷技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，極大的減少了風(fēng)電場的跳閘情況，避免了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。能達(dá)到防雷技術(shù)的改造目標(biāo)，對全國各地的更電場都有很多的借鑒作用，并且可不斷完善防雷技術(shù)，在全國范圍內(nèi)逐漸推廣。

3.3 防雷裝置在風(fēng)電場中的實(shí)際應(yīng)用

在風(fēng)電場的避雷裝置安裝過程中，要根據(jù)實(shí)際的風(fēng)電場建造情況進(jìn)行多種因素的分析，針對性的進(jìn)行防雷裝置的選擇和安裝。對安裝的方式不同，所形成的防雷效果也會(huì)發(fā)生差異。當(dāng)遭遇雷電天氣時(shí)，避雷裝置可將雷擊電流導(dǎo)入地面，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全。

3.3.1 防雷裝置與線路絕緣子共同作用

防雷裝置通過減少作用于35kV架空線路的閃絡(luò)強(qiáng)度來保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性。風(fēng)電場避雷器的結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)需具有較高的專業(yè)技術(shù)，且劃分為較為復(fù)雜的安裝，涵蓋了多種線路的防護(hù)設(shè)計(jì)情況。對于風(fēng)電場的建造要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，對于多種影響風(fēng)電場避雷效果的因素進(jìn)行綜合考量，選擇更加適宜的防雷裝置進(jìn)行安裝。普遍上采用直連的形式，也存在著串聯(lián)的特殊安裝方式，保障線路的絕緣效果。在風(fēng)電場的正常運(yùn)行模式下，避雷裝置通常不會(huì)發(fā)生故障問題，且對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響較小，可忽略不計(jì)，不會(huì)對風(fēng)電場的電力輸送造成影響?，F(xiàn)階段的防雷技術(shù)不斷發(fā)展，想要提高風(fēng)電場的雷電防護(hù)效果，需要由行業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行更加深入的研究，對可能造成影響的因素進(jìn)行綜合性的分析，使防雷裝置與線路絕緣子共同促進(jìn)防雷效果的提升，保障風(fēng)電場35kV架空線路的安全運(yùn)行，可有效的提高風(fēng)電場的防雷技術(shù)水平，促進(jìn)供電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

3.3.2 防雷裝置的防爆性能增強(qiáng)

防雷裝置在雷電電流通過時(shí)，會(huì)由于雷電電流過大而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，造成避雷器的高壓情況，導(dǎo)致避雷器發(fā)生爆炸問題，會(huì)影響到風(fēng)電場的安全性能。想要避免避雷器的爆炸事件發(fā)生，須提高避雷器的防爆性能，確保避雷器的安全性。由于風(fēng)電場的特殊性，使用的避雷裝置要由技術(shù)人員進(jìn)行專門的調(diào)試和設(shè)定，安裝壓力釋放設(shè)施，或者安裝防爆設(shè)施。根據(jù)風(fēng)電場的周圍地理環(huán)境和其他因素進(jìn)行分析，要安裝密封性能更高的防雷裝置，提供更好的防護(hù)效果。在絕緣材料的選擇上也要選擇具有更高防護(hù)性能的絕緣材質(zhì)，保障避雷設(shè)備的防爆性能，能符合風(fēng)電場的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 優(yōu)化防雷裝置的配置

防雷裝置的作用是保護(hù)線路不受損壞，要在避雷器的選擇上不斷優(yōu)化配套的裝置，確保避雷器的使用優(yōu)勢特點(diǎn)能充分發(fā)揮，使用更有利于避雷器運(yùn)行的配套設(shè)施。通過更加科學(xué)合理的配置來提高避雷器的防護(hù)效果。在風(fēng)電場的避雷器實(shí)際應(yīng)用過程中，要由技術(shù)人員通過自身經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，使用更加先進(jìn)的安裝方式來進(jìn)行避雷器的設(shè)置，避免造成安裝不合理導(dǎo)致的防雷效果減弱情況。使用更加合理設(shè)置塔桿與地線的角度，能提高避雷裝置的防護(hù)效果。

3.3 接地電阻對風(fēng)電場的防護(hù)效果

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是借助風(fēng)力進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化，所以在風(fēng)電場的修建時(shí)通常建造在野外，或者建造在地形復(fù)雜的山脊等位置。風(fēng)電場的修建存在著相對復(fù)雜的特性，所以經(jīng)常出現(xiàn)雷電襲擊的問題，造成風(fēng)電場的跳閘等事故。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，接地電阻也會(huì)對雷電防護(hù)效果產(chǎn)生重要影響。更加科學(xué)合理的將發(fā)電機(jī)的角度與接地線進(jìn)行設(shè)置，可減少雷擊的強(qiáng)度，提高風(fēng)電場的安全性。技術(shù)人員在風(fēng)電場的防雷技術(shù)研發(fā)時(shí)，通過模型的分析發(fā)現(xiàn)接地電阻與發(fā)電機(jī)的防雷技術(shù)間的聯(lián)系：在電阻過大時(shí)會(huì)降低35kV架空線路的耐雷效果，并且電阻越大防雷效果越弱。此外電阻過高還會(huì)產(chǎn)生塔桿的故障問題。

3.4 防雷線路對防雷效果的作用

科技的進(jìn)步使風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)得到了普及，使用更加清潔的風(fēng)力作為發(fā)電能源，使風(fēng)力發(fā)電成為了新時(shí)期的高速發(fā)展的新興行業(yè)。對于風(fēng)電場35kV架空線路的配套設(shè)施進(jìn)行研究，提高風(fēng)電場的運(yùn)行穩(wěn)定性，是新時(shí)期的重要工作目標(biāo)。風(fēng)電場的跳閘現(xiàn)象，成為了風(fēng)電場較為普遍的故障問題。保障風(fēng)電場35kV架空線路的防雷效果，需要確保線路的實(shí)際性能。在對防雷技術(shù)的研究過程中，對模型進(jìn)行分析，可通過公式計(jì)算出雷電防護(hù)設(shè)施的實(shí)際防護(hù)數(shù)值，并在模擬風(fēng)電場中進(jìn)行結(jié)果的驗(yàn)收。可得出結(jié)論，避雷器的線路可對雷電防護(hù)產(chǎn)生重要影響。

在風(fēng)電場的實(shí)際運(yùn)行中，雷電防護(hù)裝置會(huì)受到接地電阻和其他因素的影響，針對不同的情況產(chǎn)生防雷效果的差異性。所以在實(shí)際的防雷工作中，要對避雷器的線路進(jìn)行定期的維護(hù)，保障避雷器的有效運(yùn)行，不會(huì)降低防雷效果。通過對防雷技術(shù)的不斷改進(jìn)和升級(jí)，來逐漸提高風(fēng)電場35kV架空線路的安全性。

綜上，在風(fēng)電場的實(shí)際運(yùn)行過程中，受到地形和環(huán)境等多種因素的影響，容易產(chǎn)生雷電電流襲擊風(fēng)電場、發(fā)生事故問題。防雷技術(shù)的研發(fā)對風(fēng)電場的安全運(yùn)行具有重要的保護(hù)作用。在風(fēng)電場的35kV架空線路上安裝避雷器，可有效的避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)在雷雨天氣下受到雷擊而造成跳閘問題，給風(fēng)電場造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。保障風(fēng)電場的安全運(yùn)行需不斷地對避雷器的耐雷效果進(jìn)行研發(fā)，提高避雷裝置的雷電防護(hù)效果。