清潔能源風力發(fā)電防雷接地保護措施研究

隨著 對風力發(fā)電的鼓勵、 財政對風力發(fā)電補貼政策的落實以及 高壓建設帶來的棄風問題的緩解，風電裝機有望在未來幾年內保持快速增長。風電場大多采用35kv架空線路。據統(tǒng)計，因雷擊線路造成的跳閘事故占電網總事故的60％以上(2)。對于輸電線路所擁有的防雷電能力，在實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的跳閘率作為衡量指標。如何防護輸電線路事故，盡可能減少線路雷擊害事故的次數(shù)提高線路運行的 性，減少因線路故障帶來的風電場經濟損失一直都是風電工程中關注的問題。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外，避雷器動作均由線路過電壓引起。線路過電壓包括兩種情況：一是內部過電壓：主要是有系統(tǒng)內部的設備及操作設備時引起的過電壓。二是外部過電壓：主要為系統(tǒng)外部產生的過電壓，如雷電、單相接地等情況。

風電場YB線在2012至2014年7月的8次跳閘事故中有7次保護動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避雷器動作、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，由此可見風電場集電線路雷擊對跳閘的影響很大。YB08風機海拔高度為1017米，YB07、YB11風機海拔高度為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，位于風機距離40米左右。該風場的風機輪轂高70米，風機接引器可以起到避雷針的作用，經計算風機保護有效半徑為50米，5基終端塔在其保護范圍內，其余4級線路桿塔不在其保護范圍內，因此，遭受雷擊引起直擊雷過電壓使絕緣子串發(fā)生閃絡事件較多。

由避雷器動作統(tǒng)計可知，集電線路避雷器動作集中在6-9月份，正是該地區(qū)的雷雨季。季節(jié)和地勢高低的變化，不會導致集電線路正常運行時內部過電壓和避雷器動作機率明顯增減，由此可以得出避雷器動作次數(shù)大幅增加主要由雷電過電壓引起。線路受到雷電繞擊的可能性與桿塔高度、避雷線外側邊導線的保護角度、地形地貌和地質條件有關，山地類風電場集電線路的繞擊率遠遠高于平地線路。這 是風電場集電線路A、C相避雷器動作次數(shù)多的主要原因之一。

防雷保護措施

首先，在工程實施過程中每基桿塔都敷設了接地裝置，并與地線牢靠連接，以使雷電流通過較低的接地電阻泄入大地。在土壤電阻率較高地區(qū)架設線路時，可以采取 殊的降阻方式，如增加埋設深度，延長接地極的使用， 近增加垂直接地極或者接地深井、接地模塊等方式的運用。對山頂?shù)貏葺^高處的風機桿塔或高土壤電阻率無避雷器的桿塔，防止桿塔頂部的雷電場強發(fā)生畸變可采用伸長接地體方式，將每根桿塔的接地裝置連接起來，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線集電線路經常發(fā)生雷電過電壓，為進一步提升集電線路的絕緣水平，采用陶瓷橫擔替代原鍍鋅鐵橫擔。因為，耐雷水平與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，定期對零值絕緣子進行檢測，保證高壓集電線路的絕緣強度。

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

5 結論

風電場是利用風能轉化為電能，風資源的好壞決定了整個風場的效益，而風資源與海拔高度成正比。為了使風機處于 的風資源區(qū)域，風機往往都會選擇地勢較高的位置，而這些海拔較高的位置都伴隨著 高的雷擊風險。建議風電場在設計、建設時應 考慮以下方面：

1）本工程集電線路的防雷、接地的設計優(yōu)于規(guī)程要求，實際的雷擊跳閘率低于該地區(qū)的電網系統(tǒng)的跳閘率。但雷電活動隨機性較強，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害。

2）采用架空集電線路時，集電線路采用雙地線設計，減少導線的保護角。地形比較復雜區(qū)域，可以考慮增設耦合地線。

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

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。

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

6）集電線路桿塔上適度增設避雷器，并選用合適的參數(shù)、保證避雷器的產品質量，加強日常維護。

7）本工程集電線路的防雷、接地的設計優(yōu)于規(guī)程要求，實際的雷擊跳閘率低于該地區(qū)的電網系統(tǒng)的跳閘率。但雷電活動隨機性較強，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過地區(qū)雷電活動強弱程度、地形地貌 點和土壤電阻率等情況，結合風電場集電線路設計方案以及系統(tǒng)運行方式等，確定合理的防雷保護方案。