張學(xué)威

（國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)華投資公司，北京 100010）

1 研究對(duì)象及基本概況

本次研究所選取的對(duì)象為我公司所屬的新能源（包含風(fēng)電、光伏）發(fā)電場(chǎng)站。目前，公司投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)遍布我國(guó)西北、東北、華北、華南等地區(qū)近30個(gè)地縣級(jí)市，累計(jì)80余座，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)1060萬千瓦。絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)所處地理位置風(fēng)資源良好，地區(qū)季節(jié)特性明顯、降雨量充沛，尤其在陜西、江蘇、河北、山東等地夏季多伴有雷雨大風(fēng)天氣，集電線路因雷擊跳閘的概率大大提高。因此，研究并采取合理措施促使提高線路防雷水平，對(duì)確保風(fēng)電場(chǎng)集電線路的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。

2 風(fēng)電場(chǎng)所屬地區(qū)年均雷暴日分布

我國(guó)雷暴日等級(jí)劃分為：平均年雷暴日不超過15d的地區(qū)為少雷區(qū)；平均年雷暴日超過15d但不超過40d的地區(qū)為中雷區(qū)；平均年雷暴日超過40d但不超過90d的地區(qū)為多雷區(qū)。在我國(guó)線路防雷規(guī)程中，一般以40日/年的雷暴日作為線路防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)我公司場(chǎng)站地理位置分布統(tǒng)計(jì)，可知風(fēng)電場(chǎng)所屬地區(qū)年均雷暴日等級(jí)分布占比如表1。沿海、山地等風(fēng)電場(chǎng)集電線路每年雷雨季節(jié)遭雷擊閃絡(luò)造成跳閘和停電較為頻繁，所以有必要考慮加強(qiáng)線路防雷性能。

表1

3 近3年35kV集電線路雷擊事故統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：我公司按風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目數(shù)統(tǒng)計(jì)，選用架空線路作為35kV架集電線路的項(xiàng)目場(chǎng)站占比約61%，選取地埋電纜場(chǎng)站占比約39%，顯然雷擊事故發(fā)生只能發(fā)生于架空線路，即架空線路的分布占比一定程度也影響著風(fēng)電場(chǎng)的雷擊跳閘率。

通過對(duì)研究對(duì)象近3年35kV架空集電線路跳閘統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2017年35kV線路跳閘累計(jì)47次，雷擊跳閘11次，占全年的23.4%；2018年35kV線路跳閘累計(jì)94次，雷擊跳閘20次，占全年的21.3%；2019年35kV線路跳閘累計(jì)96次，雷擊跳閘16次，占全年的16.7%，從近3年情況看來，雷擊跳閘約占總跳閘的20%比重。由圖1近3年35kV集電線路雷擊跳閘分布可知，雷擊事故多發(fā)生于每年的4～9月的春、夏兩季，說明雷擊跳閘事故發(fā)生的季節(jié)性特點(diǎn)較強(qiáng)，有必要針對(duì)性地結(jié)合時(shí)節(jié)提前開展防雷檢測(cè)等各項(xiàng)保障工作。

圖1

4 集電線路防雷性能提高措施

現(xiàn)在線路基本的防雷措施主要有架設(shè)避雷線、降低桿塔接地電阻、架設(shè)耦合地線、采用不平衡絕緣方式、裝設(shè)自動(dòng)重合閘、采用消弧線圈接地方式、裝設(shè)管型避雷器、加強(qiáng)絕緣等?？紤]到有些風(fēng)電場(chǎng)集電線路老化、設(shè)計(jì)水平落后、氣候變化等原因，結(jié)合目前工程實(shí)際及技術(shù)改造可行性，著重提出以下幾點(diǎn)集電線路防雷措施，以更貼合生產(chǎn)運(yùn)維實(shí)際需要。

4．1 定期做好線路防雷檢測(cè)

風(fēng)電場(chǎng)根據(jù)運(yùn)維規(guī)范要求，每年都要定期開展年度預(yù)防性試驗(yàn)及各項(xiàng)設(shè)備性能檢測(cè)，防雷檢測(cè)更是很重要的一環(huán)節(jié)。其中，電氣設(shè)備防雷檢測(cè)包括箱變、風(fēng)機(jī)、升壓站設(shè)備、綜合配電設(shè)施及建筑物等，檢測(cè)內(nèi)容包含基本情況和防雷類別確定、高、低壓供配電基本情況、主要防雷保護(hù)對(duì)象和電氣、信息設(shè)備基本情況、防雷裝置設(shè)置基本情況及雷災(zāi)歷史、其他情況。主要的防雷檢測(cè)技術(shù)依據(jù)為：《建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB/T 21431-2015、《防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》DB15/T 500-2011。風(fēng)電場(chǎng)要根據(jù)防雷檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行缺陷隱患整改工作，以保證雷電多發(fā)季節(jié)設(shè)備性能可靠。

4．2 改善接地裝置

降低集電線路桿塔的接地電阻也是線路防雷措施中比較常見的防雷手段。在具體實(shí)施防雷過程中，應(yīng)根據(jù)基桿塔土壤的電導(dǎo)率情況最大化的降低集電線路接地電阻，使接地電阻值保持在一定范圍內(nèi)。雷擊高風(fēng)險(xiǎn)桿塔，每基桿塔不連地線的工頻接地電阻，在雷季干燥條件下不宜大于表2所列數(shù)值。宜采用增大水平/垂直接地體長(zhǎng)度、增加接地體埋設(shè)深度的方式降低接地電阻，禁止使用化學(xué)降阻劑或含化學(xué)成分的接地模塊。

表2

4．3 采用地埋電纜方式

經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，按風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)，選取35kV架空線路架空線路的項(xiàng)目場(chǎng)站占比61%，選取地埋電纜場(chǎng)站占比39%。建議在建或即將開發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，尤其在多雷區(qū)，考慮項(xiàng)目所處地理、氣候等因素，設(shè)計(jì)之初應(yīng)采用地埋電纜作為集電線路，以降低雷擊跳閘率，提高供電可靠性。另一方面，地埋電纜如下優(yōu)勢(shì)：占地少。一般埋設(shè)于土壤中或敷設(shè)于室內(nèi)、溝道、隧道中，線間絕緣距離小，不用桿塔占地少，基本不占地面上空間；可靠性高。受氣候條件和周圍環(huán)境影響小，傳輸性能穩(wěn)定，可靠性高；分布電容較大；維護(hù)工作量少。

4．4 絕緣介質(zhì)加涂RTV涂料

對(duì)于雷擊高風(fēng)險(xiǎn)的集電線路，宜采用加強(qiáng)絕緣的措施。在戶外用絕緣子和套管表面加涂硅有機(jī)憎水涂料，以室溫硫化硅橡膠（RTV）為代表，作用機(jī)理：涂料具有疏水和獨(dú)特的疏水遷移特性，即疏水可以遷移到污染層表面，在惡劣的天氣條件下，涂層表面沒有形成連續(xù)的水膜，作為噴涂在母體絕緣（如瓷或玻璃等）上的憎水防污涂層，能有效防止水泥和化學(xué)污染物在其表面結(jié)垢，降低閃絡(luò)的可能性，在工程應(yīng)用中獲得了很滿意的效果。

4．5 降低保護(hù)角

用避雷線來保護(hù)集電線路時(shí)，目前，都用保護(hù)角的大小來表示其對(duì)線路的保護(hù)程度。保護(hù)角即圖中避雷線和邊相導(dǎo)線的連線與經(jīng)過避雷線的垂直線之間的夾角，夾角以內(nèi)的保護(hù)區(qū)域就是保護(hù)范圍。保護(hù)角越小，避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)作用越有效，為了減小保護(hù)角，必須提高避雷線的懸掛高度，但這將增加桿塔尺寸，增加造價(jià)，所以保護(hù)角又不能做的太小，按照線路的重要程度不同，通常在15°～30°選用不用的保護(hù)角。結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維實(shí)際情況，對(duì)于多雷區(qū)，集電線路保護(hù)角應(yīng)有針對(duì)的進(jìn)行調(diào)整，以確保有效地降低雷擊跳閘率，提高線路運(yùn)行可靠性。

5 結(jié)語

本文主要針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)35kV集電線路雷擊跳閘原因及規(guī)律進(jìn)行了分析，介紹了幾種提高線路防雷性能的主要措施，在確定、提高線路的防雷方式時(shí)，應(yīng)全面考慮線路的投運(yùn)年限、電壓等級(jí)、供電的重要程度、當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒?dòng)強(qiáng)弱、地形地貌的特點(diǎn)、土壤電阻率等條件，采取合理的改進(jìn)措施以保證線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。