风电场集电线路雷击事件分析及防雷策略

2020-11-25张学威

中国设备工程 2020年22期

张学威

（国家能源集团国华投资公司，北京 100010）

1 研究对象及基本概况

本次研究所选取的对象为我公司所属的新能源（包含风电、光伏）发电场站。目前，公司投运的风电场遍布我国西北、东北、华北、华南等地区近30个地县级市，累计80余座，累计装机容量达1060万千瓦。绝大多数风电场所处地理位置风资源良好，地区季节特性明显、降雨量充沛，尤其在陕西、江苏、河北、山东等地夏季多伴有雷雨大风天气，集电线路因雷击跳闸的概率大大提高。因此，研究并采取合理措施促使提高线路防雷水平，对确保风电场集电线路的安全、经济运行具有重大意义。

2 风电场所属地区年均雷暴日分布

我国雷暴日等级划分为：平均年雷暴日不超过15d的地区为少雷区；平均年雷暴日超过15d但不超过40d的地区为中雷区；平均年雷暴日超过40d但不超过90d的地区为多雷区。在我国线路防雷规程中，一般以40日/年的雷暴日作为线路防雷设计标准。通过对我公司场站地理位置分布统计，可知风电场所属地区年均雷暴日等级分布占比如表1。沿海、山地等风电场集电线路每年雷雨季节遭雷击闪络造成跳闸和停电较为频繁，所以有必要考虑加强线路防雷性能。

表1

3 近3年35kV集电线路雷击事故统计

经过数据统计发现：我公司按风电场项目数统计，选用架空线路作为35kV架集电线路的项目场站占比约61%，选取地埋电缆场站占比约39%，显然雷击事故发生只能发生于架空线路，即架空线路的分布占比一定程度也影响着风电场的雷击跳闸率。

通过对研究对象近3年35kV架空集电线路跳闸统计结果显示，2017年35kV线路跳闸累计47次，雷击跳闸11次，占全年的23.4%；2018年35kV线路跳闸累计94次，雷击跳闸20次，占全年的21.3%；2019年35kV线路跳闸累计96次，雷击跳闸16次，占全年的16.7%，从近3年情况看来，雷击跳闸约占总跳闸的20%比重。由图1近3年35kV集电线路雷击跳闸分布可知，雷击事故多发生于每年的4～9月的春、夏两季，说明雷击跳闸事故发生的季节性特点较强，有必要针对性地结合时节提前开展防雷检测等各项保障工作。

图1

4 集电线路防雷性能提高措施

现在线路基本的防雷措施主要有架设避雷线、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、采用不平衡绝缘方式、装设自动重合闸、采用消弧线圈接地方式、装设管型避雷器、加强绝缘等。考虑到有些风电场集电线路老化、设计水平落后、气候变化等原因，结合目前工程实际及技术改造可行性，着重提出以下几点集电线路防雷措施，以更贴合生产运维实际需要。

4．1 定期做好线路防雷检测

风电场根据运维规范要求，每年都要定期开展年度预防性试验及各项设备性能检测，防雷检测更是很重要的一环节。其中，电气设备防雷检测包括箱变、风机、升压站设备、综合配电设施及建筑物等，检测内容包含基本情况和防雷类别确定、高、低压供配电基本情况、主要防雷保护对象和电气、信息设备基本情况、防雷装置设置基本情况及雷灾历史、其他情况。主要的防雷检测技术依据为：《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T 21431-2015、《防雷装置检测技术规范》DB15/T 500-2011。风电场要根据防雷检测结果，及时进行缺陷隐患整改工作，以保证雷电多发季节设备性能可靠。

4．2 改善接地装置

降低集电线路杆塔的接地电阻也是线路防雷措施中比较常见的防雷手段。在具体实施防雷过程中，应根据基杆塔土壤的电导率情况最大化的降低集电线路接地电阻，使接地电阻值保持在一定范围内。雷击高风险杆塔，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥条件下不宜大于表2所列数值。宜采用增大水平/垂直接地体长度、增加接地体埋设深度的方式降低接地电阻，禁止使用化学降阻剂或含化学成分的接地模块。

表2

4．3 采用地埋电缆方式

经过数据统计发现，按风电场项目个数统计，选取35kV架空线路架空线路的项目场站占比61%，选取地埋电缆场站占比39%。建议在建或即将开发的风电场项目，尤其在多雷区，考虑项目所处地理、气候等因素，设计之初应采用地埋电缆作为集电线路，以降低雷击跳闸率，提高供电可靠性。另一方面，地埋电缆如下优势：占地少。一般埋设于土壤中或敷设于室内、沟道、隧道中，线间绝缘距离小，不用杆塔占地少，基本不占地面上空间；可靠性高。受气候条件和周围环境影响小，传输性能稳定，可靠性高；分布电容较大；维护工作量少。

4．4 绝缘介质加涂RTV涂料

对于雷击高风险的集电线路，宜采用加强绝缘的措施。在户外用绝缘子和套管表面加涂硅有机憎水涂料，以室温硫化硅橡胶（RTV）为代表，作用机理：涂料具有疏水和独特的疏水迁移特性，即疏水可以迁移到污染层表面，在恶劣的天气条件下，涂层表面没有形成连续的水膜，作为喷涂在母体绝缘（如瓷或玻璃等）上的憎水防污涂层，能有效防止水泥和化学污染物在其表面结垢，降低闪络的可能性，在工程应用中获得了很满意的效果。

4．5 降低保护角

用避雷线来保护集电线路时，目前，都用保护角的大小来表示其对线路的保护程度。保护角即图中避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂直线之间的夹角，夹角以内的保护区域就是保护范围。保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护作用越有效，为了减小保护角，必须提高避雷线的悬挂高度，但这将增加杆塔尺寸，增加造价，所以保护角又不能做的太小，按照线路的重要程度不同，通常在15°～30°选用不用的保护角。结合风电场运维实际情况，对于多雷区，集电线路保护角应有针对的进行调整，以确保有效地降低雷击跳闸率，提高线路运行可靠性。