高海拔、复杂地形下风电场架空线路设计及运行维护管理

方 磊

（水电十四局大理聚能投资有限公司，云南 大理 671000）

1 概 述

目前，国内风电场场内集电线路有架空线路和电力电缆两种集电方式，两种运行方式均各有优缺点。架空线路的优缺点分别是总体造价低，查找故障点及维护检修较为方便，发生故障时，对地电容电流较小，瞬时性故障居多，但在高海拔地区冬季时存在覆冰风险，对铁塔选型和抗冰冻设计要求较高；电力电缆的优缺点分别是运行可靠性高，日常运行维护工作量相对较少，但总体造价较高，发生故障时查找故障点及检修困难。风电场设计阶段，合理地选择场内集电线路尤为重要。

2 某风电场35 kV场内架空线路设计及运行情况

2.1 设计情况

云南某风电场于2015年12月份正式投运，风电场35 kV集电线路选择两回35 kV架空线路的集电方式送至110 kV升压站，每回架空线路分别接入17台风机和16台风机，全线海拔高程在分布在2 600～3 100 m。架空线路塔型选择3560-DJ2、3560-JJ3/JJ4、3560-ZS4、3560-JGu2及110-JGu3型铁塔，架空线路主线选择LGJ-240/30钢芯铝绞线，分支线选择LGJ-95/20型钢芯铝绞线。线路设计气象条件：云南省Ⅱ级气象区（C=10，V=30 m/s）。

2.2 线路运行情况

2.2.1 线路覆冰后运行情况

2016—2018年线路运行期间，风电场在冬季降雪覆冰天气时出现了铁塔弯塔、折塔、导线鼓包及断线的异常情况，严重影响了线路运行安全，经电厂连同设计单位、咨询单位共同分析，异常情况主要由如下几方面原因造成。

（1）设计单位对风电场现场原始气象资料收集不足、对风电场局部微地形和微气象条件情况掌握不足，从而造成对线路设计气象条件判定错误，进一步造成部分塔型选择不满足现场实际覆冰等级要求，在冬季线路覆冰超过该塔型设计等级时出现折塔、断线情况。

（2）设计单位在重冰区选择了同塔双回线的架空线路，造成线路覆冰严重时导线对铁塔拉力超过铁塔自身强度。

（3）风电场在架空线路覆冰严重时，无有效的融冰、除冰措施，架空线路未配置直流融冰装置，人工除冰装置实用性不强。

2.2.2 线路抗冰整改措施

根据该风电场历年出现的线路断线、折塔等异常情况，公司组织设计单位进行了原因分析及整改方案的确定。针对海拔高度超过2 800 m以上的区域，结合风电场投运后的现场实际气象条件，由设计单位采取了加密铁塔、更换塔型的整改方式；对于地势较高且覆冰严重的山脊、隘口区域，将架空线路直接更换为电力电缆，集电线路整改后最终采用架空线路和电力电缆混连的方式，从设计源头直接消除架空线路覆冰问题。整改后更换的铁塔全部按20 mm覆冰厚度设计，并选择对应塔型。对与挡距超过200 m的线路，均在两基铁塔之间新增1基耐张铁塔，减少导线对铁塔的拉力。同时，对架空线路的导、地弧垂均按20 mm冰区进行放线，减小线路覆冰时对铁塔的拉力。针对原导线使用的防震锤全面取消，在悬垂绝缘子串加装预绞丝护线条。

由于整改措施的落实实施，风电场在2018年底至2019年初的几次低温冰冻天气未影响架空线路的安全运行。

2.2.3 其他线路问题

在高海拔、高山地区运行的架空线路，存在如下运行问题[1]。

（1）架空线路防雷问题

受所处地理位置影响，高海拔、高山地区的架空线路极易发生雷击。雷击直接造成线路跳闸，造成线路上开关、避雷器等设备损坏，影响线路的安全运行。为预防线路雷击，除安装常规的架空地线外，该风电场还采取了增加线路避雷器的方式进行雷击防范。选取了地理位置相对较高的多基铁塔增加线路避雷器，同时在T接至风机的电缆终端塔上均增加避雷器。通过多年运行，架空线路至今未出现过雷击跳闸事件，线路防雷效果较为显著。

（2）导线弧垂及风偏问题

因风电场现场风速较大，架空线路运行后，应全线观察导线弧垂、风偏后导线相间距离及相对地距离情况，特别关注架空线路垂直排列转三角形排列后导线是否存在空间立体交叉及相间距离不足的问题，根据实际情况调整线路弧垂，确保在线路风偏或覆冰后相间距离满足运行要求。

（3）T接至风机的电缆终端塔运行问题

该风电场单台风机接入架空线路的方式为风机—箱变—电缆—对应杆塔隔离开关—引下线—架空线路的连接方式，其对应杆塔引下线、隔离开关、避雷器、接地线、电缆头及支柱绝缘子在运行过程中会出现异常，如引下线在支柱绝缘子处脱落、支柱绝缘子固定螺栓松动、隔离开关三相触头不同步或接触不良及避雷器接地线断裂等问题，直接影响整回线路的安全运行。其中，隔离开关触头不同步或接触不良造成的触头局部发热会烧坏隔离开关，避雷器接地线断裂后摆动可能造成相间或相对地短路，需及时整改。电厂在运行过程中应重点加强巡视检查，及时消缺。

3 高海拔地区架空线路设计及运行建议

3.1 架空线路抗冰设计及运行建议

3.1.1 设计阶段建议

架空线路的设计阶段，设计单位应充分收集线路所处区域海拔高度、地形条件及气象条件等资料，有针对性地对当地实际气象条件进行调查研究，特别对微地形、微气候条件情况可能形成的气候条件进行研究分析。该风电场在同一片山区，但因地形、海拔高度的不同出现了线路覆冰严重程度不同的现象，因此设计单位要对现场地形及可能存在的微气象条件进行充分论证，正确选择合适的塔型、导线。掌握气象条件划分冰区时，不能通过当地大区域冰区盲目地确定冰区，以免造成冰区划分错误，直接影响线路抗冰能力。

若架空线路区域为重冰区，设计单位应尽量增加耐张塔数量、减小线路挡距及增加线路弧垂。同时，应合理选择架空线路的路径，避开严重覆冰带。铁塔位置尽量选择在背风面，导线、金具及绝缘子尽量选择不易覆冰的材料。

针对设计资料，建设单位必须严格开展设计审查，组织经验丰富、技术能力强的咨询单位及专家进行设计资料审核，确保设计阶段存在的问题及时发现、及时整改。

3.1.2 重点做好线路运行过程中的工作

冬季低温冰冻天气下，电厂应加强对架空线路的巡视检查，重点检查线路、绝缘子及引下线等部位覆冰情况。若覆冰较为严重或具有逐步扩大的趋势，应立即停运线路，根据现场条件采取人工除冰的工作方式。若电厂或变电站配有直流融冰装置，应及时启动直流融冰装置进行融冰处理。人工除冰及直流融冰时，应注意人员安全，人员禁止停留在导线及铁塔下方，以防坠冰或导线断裂、铁塔折塔伤人。

3.1.3 做好架空线路日常维护检修工作

（1）安排专业维护检修队伍定期开展架空线路巡视检查，重点对线路隔离开关、避雷器、跳线、引下线及绝缘子情况进行检查，使用红外线热成像设备对导线连接部位、隔离开关触头部位进行检测，发现异常及时处理。

（2）根据架空线路运行维护规程规定开展架空线路检修及缺陷整改，重点对导线、绝缘子等部位开展螺栓紧固。

（3）注重架空线路通道区域树木修枝问题，确保线路对地距离满足运行要求；及时清理铁塔底部或线路通道上存在的杂草，预防线路自身问题造成的火灾。

（4）定期做好铁塔接地电阻检测工作，确保铁塔地网接地电阻满足运行要求，增强线路雷击时的泄流能力。

4 结 论

目前，国内部分风电场均处于高海拔、高山地区，环境较为恶劣，经常出现大风、低温冰冻的天气。针对架空线路抗冰设计，设计单位应充分掌握现场气象条件及存在的微地形、微气象情况，准确划分冰区，严格按国家、行业规范合理选择铁塔塔型、导线、金具及绝缘子。架空线路投运后，风电场在冬季时应加强对线路的巡检工作，密切关注线路覆冰情况，根据覆冰严重情况采取停运线路或除冰的措施。在工程造价相差不大、且技术条件允许的情况下，建议有条件的风电场在重冰区选择电力电缆的集电方式。同时，风电场要按架空线路运行检修规程要求开展线路巡视、检修及消缺工作，全面消除线路隐患或缺陷，确保线路的安全可靠运行。