大型风电场35kV集电线路防雷保护措施研究

李锦虎

摘要：本文主要研究大型风电场35kV集电线路防雷保护措施，首先对35kV集电线路雷击跳闸的主要原因进行介绍，重点分析输电线路中的感应雷与直击雷过电压，在此基础上深入分析集电线路防雷的措施及应用，希望通过本文的研究能够更加全面的了解大型风电场35kV集电线路雷击跳闸的情况，也为后期更好的防护集电线路出现雷击跳闸提供参考。

关键词：风电场;35kV;集电线路;防雷

1引言

35kV电力线路是电力网中常用的配电网络，这种线路绝缘性差，而且一般未安装避雷线保护线路，所以在使用中容易遭受雷电的直击或者感应雷电，从而出现跳闸断电的的现象，直接影响到人们的生产与生活。因此在现阶段加强对于35kV集电线路防雷保护措施措施的研究具有重要的现实意义，能够更加全面的了解35kV集电线路跳闸的基本情况。

2 35 kV集电线路雷击跳闸主要原因

2.1 35KV输电线路耐雷水平较低

目前国内架设的35KV输电线路一般没有配置防雷设置，自身不具备防雷能力，一旦遭遇雷击需要依靠输电线路的耐雷水平来保护线路。这与输电线路的日常维护、杆塔尺寸质量以及绝缘子设备等都有联系。根据相关研究发现，大部分遭受雷击跳闸的35KV输电线路上只配置3片绝缘子，基本抗雷能力较差，一旦遭遇雷击就容易出现过电压问题，进而造成雷击跳闸事故。

2.2输电线路运行维护不到位

输电线路的运行环境相对较差，长时间的使用会造成线路的破坏以及设备的老化，尤其是绝缘设备容易老化。但是在35kV输电线路运行中，运行维护作业不到位，老化的设备得不到及时的更换，给输电线路的运行造成一定的安全隐患。而且输电线路一般是采用单电源供电，在正常天气下不会出现问题，一旦遭遇雷雨天气，雷击产生的过电压会对绝缘子造成破坏，击穿甚至击碎绝缘子，从而造成线路故障跳闸。

2.3地形地势土壤等原因

输电线路在穿越山区地势时，会受到地势变化的影响，线路的保护角相应发生变化，从而导致更大面积的屏蔽失效、雷击跳闸率提升。高原、山地地区的跳闸率远高于平缓低海拔地区。另外由于输电线路是通过杆塔附近的避雷线将电流导入地下。特殊的地质土壤条件会导致杆塔接地电阻变化，随着电阻的增大，雷击跳闸率也会提高。

本次研究选择的融安风电场出现的雷击跳闸是由于避雷器短时间内多次雷击后，无法承受雷电冲击电流以及避雷器接地未能有效传导雷电。

3输电线路感应雷与直击雷过电压

3.1输电线路感应雷电过电压

3.1.1雷击架空输电线路方式

雷击架空输电线路的方式主要有四种，分别是雷击塔顶及塔附近的避雷线、雷电击中避雷线档距的中央，其三是雷电直接击中导线，其四是雷电击中线路附近的地面，四种具体情况如图1所示。

3.1.2雷击大地时的感应雷过电压

当输电线路遭遇感应雷击时，会产生大小不同的过电压，过电压的大小主要与遭遇雷击的地面接触点和输电线路之间的距离有关。当两者之间的距离为65m时，输电线路中的感应过电压最大，具体的数值还与雷电流幅值、导线悬挂平均高度、雷击点至线路的水平距离、避雷线悬挂的平均高度以及避雷线和导线间的耦合系数等多方面的数据相关。当输电线路中配置避雷线时，过电压的数值可以按照公式 求取，其中I/hd/s/hs/Ko分别表示雷电流幅值、导线悬挂平均高度、雷击点至线路的水平距离、避雷线悬挂的平均高度以及避雷线和导线间的耦合系数。

3.1.3雷击塔顶或雷击避雷线时导线上的感应过电压

当雷电击中杆塔塔顶或者避雷线时，输电线路上会产生与雷电流极性相反的感应过电压，而且过电压的峰值约350kV左右，电压呈现为波头长，陡度小的特点，这种过电压一般只对低于或等于35kV的线路绝缘产生威胁。而且由于输电线路中耐雷水平不同，闪络跳闸率也不同。其基本的电压值满足下面的公式，其中a表示电位系数。

3.2直输电线路击雷过电压

雷直击导线产的过电压约为U≈100I，35 kV电压线路的雷电绕/直击耐雷水平：I≈U50%/100=3.5kA。当雷电击中线路杆塔的顶部时，雷电产生的电流会流经杆塔进入大地，此时产生塔顶最大电位为U=IRch+Lg（dI/dT），其中Rch和Lg分别表示接地电阻和杆塔电感，分析相关资料可知，35KV输电线路的耐雷说为20-30，过电流概率为59-46.

4集电线路防雷的措施及应用

4.1线路防雷的思路及措施

通过对输电线路雷击故障及雷击过电压的分析可知，输电线路出现线路雷击跳闸需满足一定的条件：首先是被雷电击中并产生雷电流，而且雷电流的大小不能低于线路的耐雷水平，然后在这种条件下引发闪络现象，最后在输电线路中建立稳定的工频电弧进而导致线路跳闸。由此可知，要想有效对线路进行防雷需要设置四道防线，其一是防止雷电击中导线，其二是防止雷击中后引起绝缘闪络，其三是防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧，其四是防止线路供电中断。

4.2线路防雷的实际应用

结合以上防雷思路，在35kV集电线路中可以采取不同的措施进行防雷，实际应用更加广泛多样。其一是安装氧化锌避雷器，在某输电线路中将96组YT-G-51高原型中压氧化锌避雷器安装在升压站出线前的四杆塔杆上，进升压站前3杆依次安装20kA、10kA、5kA能量配合，有利于实现逐级泄放，一方面能够提高线路的绝缘水平，另一方面能够快速查找到故障点。其二是在容易遭受雷击的塔杆位置上安装防绕击避雷针，通过安装防绕击主动接闪避雷针，人为产生更快、更灵敏的上行先导，能够提前提前预放电，实现更大范围的保护。而且其使用不锈钢材料，耐腐蚀能力和抗风能力更强。其三是安装改造避雷器及避雷针的塔杆接地系统，敷设完接地体后，使用专业材料回填基坑，将扁钢拉直，然后用电焊焊接接地体与扁钢，焊后对表面进行清洁防腐处理，接地极连接完毕后，应检查并核对接地焊接情况，确保满足条件后分层进行夯实回填。比如在融安35kV集电线路中，更换使用型号为YH5WZ-51-134的避雷器，并将避雷器直接接地。

5结语

通过本文的分析可知，风电场35kv集电线路在使用中容易遭受雷击，出现过电流，危害线路安全，可以从防止雷电击中导线、引起绝缘闪络、闪络后转化为工频电弧以及线路供电中断等四个方面入手解决，提升防雷效果。

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