清潔能源風(fēng)力發(fā)電防雷接地保護(hù)措施研究

隨著 對(duì)風(fēng)力發(fā)電的鼓勵(lì)、 財(cái)政對(duì)風(fēng)力發(fā)電補(bǔ)貼政策的落實(shí)以及 高壓建設(shè)帶來(lái)的棄風(fēng)問(wèn)題的緩解，風(fēng)電裝機(jī)有望在未來(lái)幾年內(nèi)保持快速增長(zhǎng)。風(fēng)電場(chǎng)大多采用35kv架空線路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因雷擊線路造成的跳閘事故占電網(wǎng)總事故的60％以上(2)。對(duì)于輸電線路所擁有的防雷電能力，在實(shí)際工程中往往使用輸電線路的耐雷水平以及在遭受雷擊時(shí)的跳閘率作為衡量指標(biāo)。如何防護(hù)輸電線路事故，盡可能減少線路雷擊害事故的次數(shù)提高線路運(yùn)行的 性，減少因線路故障帶來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)損失一直都是風(fēng)電工程中關(guān)注的問(wèn)題。引起輸電線路故障跳閘的原因有很多，其中因雷擊引起的跳閘次數(shù)位居所有跳閘原因之首

線路跳閘原因分析

一般而言，排除避雷器自身缺陷造成誤動(dòng)外，避雷器動(dòng)作均由線路過(guò)電壓引起。線路過(guò)電壓包括兩種情況：一是內(nèi)部過(guò)電壓：主要是有系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備及操作設(shè)備時(shí)引起的過(guò)電壓。二是外部過(guò)電壓：主要為系統(tǒng)外部產(chǎn)生的過(guò)電壓，如雷電、單相接地等情況。

風(fēng)電場(chǎng)YB線在2012至2014年7月的8次跳閘事故中有7次保護(hù)動(dòng)作可以判斷是雷擊直接造成的，其中6次發(fā)生在持續(xù)雷雨天氣并伴隨相應(yīng)避雷器動(dòng)作、4次絕緣擊穿。造成線路兩相接地短路1次、單相接地短路4次，由此可見(jiàn)風(fēng)電場(chǎng)集電線路雷擊對(duì)跳閘的影響很大。YB08風(fēng)機(jī)海拔高度為1017米，YB07、YB11風(fēng)機(jī)海拔高度為952米且處于高山脊末端，分別位于北與南端。YB07-YB11集電線路段共9基桿塔，其中5基為線路終端，位于風(fēng)機(jī)距離40米左右。該風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)輪轂高70米，風(fēng)機(jī)接引器可以起到避雷針的作用，經(jīng)計(jì)算風(fēng)機(jī)保護(hù)有效半徑為50米，5基終端塔在其保護(hù)范圍內(nèi)，其余4級(jí)線路桿塔不在其保護(hù)范圍內(nèi)，因此，遭受雷擊引起直擊雷過(guò)電壓使絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)事件較多。

由避雷器動(dòng)作統(tǒng)計(jì)可知，集電線路避雷器動(dòng)作集中在6-9月份，正是該地區(qū)的雷雨季。季節(jié)和地勢(shì)高低的變化，不會(huì)導(dǎo)致集電線路正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部過(guò)電壓和避雷器動(dòng)作機(jī)率明顯增減，由此可以得出避雷器動(dòng)作次數(shù)大幅增加主要由雷電過(guò)電壓引起。線路受到雷電繞擊的可能性與桿塔高度、避雷線外側(cè)邊導(dǎo)線的保護(hù)角度、地形地貌和地質(zhì)條件有關(guān)，山地類(lèi)風(fēng)電場(chǎng)集電線路的繞擊率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平地線路。這 是風(fēng)電場(chǎng)集電線路A、C相避雷器動(dòng)作次數(shù)多的主要原因之一。

防雷保護(hù)措施

首先，在工程實(shí)施過(guò)程中每基桿塔都敷設(shè)了接地裝置，并與地線牢靠連接，以使雷電流通過(guò)較低的接地電阻泄入大地。在土壤電阻率較高地區(qū)架設(shè)線路時(shí)，可以采取 殊的降阻方式，如增加埋設(shè)深度，延長(zhǎng)接地極的使用， 近增加垂直接地極或者接地深井、接地模塊等方式的運(yùn)用。對(duì)山頂?shù)貏?shì)較高處的風(fēng)機(jī)桿塔或高土壤電阻率無(wú)避雷器的桿塔，防止桿塔頂部的雷電場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生畸變可采用伸長(zhǎng)接地體方式，將每根桿塔的接地裝置連接起來(lái)，以形成一條低電阻通道。

其次，本工程原直線塔采用合成絕緣子，耐張塔采用瓷絕緣子。鑒于YB線集電線路經(jīng)常發(fā)生雷電過(guò)電壓，為進(jìn)一步提升集電線路的絕緣水平，采用陶瓷橫擔(dān)替代原鍍鋅鐵橫擔(dān)。因?yàn)椋屠姿脚c集電線路的絕緣水平成正比，建議集電線路慎用合成絕緣子，定期對(duì)零值絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，保證高壓集電線路的絕緣強(qiáng)度。

后，在容易遭受雷擊的 區(qū)域加裝避雷針裝置，與風(fēng)機(jī)引雷裝置形成聯(lián)合保護(hù)，減少集電線路遭受雷擊概率，保護(hù)集電線路正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

風(fēng)電場(chǎng)是利用風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)資源的好壞決定了整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的效益，而風(fēng)資源與海拔高度成正比。為了使風(fēng)機(jī)處于 的風(fēng)資源區(qū)域，風(fēng)機(jī)往往都會(huì)選擇地勢(shì)較高的位置，而這些海拔較高的位置都伴隨著 高的雷擊風(fēng)險(xiǎn)。建議風(fēng)電場(chǎng)在設(shè)計(jì)、建設(shè)時(shí)應(yīng) 考慮以下方面：

1）本工程集電線路的防雷、接地的設(shè)計(jì)優(yōu)于規(guī)程要求，實(shí)際的雷擊跳閘率低于該地區(qū)的電網(wǎng)系統(tǒng)的跳閘率。但雷電活動(dòng)隨機(jī)性較強(qiáng)，不論采取何種方案均有局限性，均不能完全保證免遭雷電災(zāi)害。

2）采用架空集電線路時(shí)，集電線路采用雙地線設(shè)計(jì)，減少導(dǎo)線的保護(hù)角。地形比較復(fù)雜區(qū)域，可以考慮增設(shè)耦合地線。

3）對(duì)于高雷暴地區(qū)，建議采用電纜方案，避免產(chǎn)生雷擊事件。由于電纜為全絕緣體，在地中直埋，電纜上部鋪設(shè)避雷扁鋼，可以有效的解決直擊雷和感應(yīng)雷，并且在電纜頭兩端均設(shè)置避雷器，對(duì)電纜進(jìn)行保護(hù)。

4）集電線路采用瓷絕緣子或玻璃絕緣子，并提高桿塔的絕緣等級(jí)。

5）集電線路桿塔接地裝置，在高土壤電阻率地區(qū)時(shí)，應(yīng)采用 殊接地方式，保證桿塔的接地電阻長(zhǎng)期有效。

6）集電線路桿塔上適度增設(shè)避雷器，并選用合適的參數(shù)、保證避雷器的產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)日常維護(hù)。

7）本工程集電線路的防雷、接地的設(shè)計(jì)優(yōu)于規(guī)程要求，實(shí)際的雷擊跳閘率低于該地區(qū)的電網(wǎng)系統(tǒng)的跳閘率。但雷電活動(dòng)隨機(jī)性較強(qiáng)，不論采取何種方案均有局限性，均不能完全保證免遭雷電災(zāi)害。

為提高集電線路的防雷水平，降低集電線路的雷擊跳閘率，需要 考慮高壓集電線路經(jīng)過(guò)地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)弱程度、地形地貌 點(diǎn)和土壤電阻率等情況，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)集電線路設(shè)計(jì)方案以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等，確定合理的防雷保護(hù)方案。