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        風(fēng)電場(chǎng)集電線路桿塔雷擊因素與防雷接地保護(hù)策略

        2021-02-08 02:21:44孫晨
        電子樂(lè)園·下旬刊 2021年3期
        關(guān)鍵詞:防雷接地風(fēng)電場(chǎng)

        孫晨

        摘要:在改革開(kāi)放的新時(shí)期,經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展,社會(huì)在不斷進(jìn)步,在風(fēng)電場(chǎng)中,風(fēng)機(jī)的分布一般比較分散,所有風(fēng)電機(jī)組分成2~3組,每組10~14臺(tái)風(fēng)機(jī)通過(guò)集電線路線路并聯(lián)后將電能送往升壓站,再經(jīng)變壓器升壓后與系統(tǒng)變電所相連實(shí)現(xiàn)電能外送。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)電場(chǎng);集電線路;桿塔雷擊因素;防雷接地

        引言

        風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)低電阻接地,單相接地時(shí),按規(guī)范要求故障線路瞬時(shí)跳閘,不允許重合閘,同時(shí)該系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)、箱變處的桿塔接地網(wǎng)常與風(fēng)機(jī)、箱變共用1個(gè)接地網(wǎng),接地電阻一般≤4Ω,遠(yuǎn)低于集電線路其他位置的桿塔接地電阻。相比于6~66kV配網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或不直接接地系統(tǒng),由于集電線路不允許采用重合閘,所有單相接地事故都將導(dǎo)致線路跳閘。衡量輸電線路的防雷水平有2個(gè)指標(biāo):耐雷水平和雷擊跳閘率。因而應(yīng)當(dāng)充分考慮到集電系統(tǒng)的特點(diǎn),采取經(jīng)濟(jì)合理的防雷措施,使集電線路具有一定的耐雷水平,減少集電系統(tǒng)單相接地跳閘次數(shù),降低雷擊跳閘率,提高風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行的可靠性。本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范的防雷要求詳細(xì)分析各種防雷措施的效果與對(duì)集電線路防雷的適應(yīng)性,根據(jù)雷電過(guò)電壓與集電系統(tǒng)特點(diǎn)及線路防雷要求對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)雷擊事故原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

        1高原風(fēng)電場(chǎng)集電線路雷擊類(lèi)型分析

        高原風(fēng)電場(chǎng)集電線路雷擊類(lèi)型可以根據(jù)過(guò)電壓形成的物理過(guò)程大致分為兩種:一種是直擊雷過(guò)電壓,即雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€而引起的線路過(guò)電壓;另一種是感應(yīng)雷過(guò)電壓,即雷擊線路附近大地,由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過(guò)電壓。按照雷擊線路部位的不同直擊雷又分為兩種情況:一種是雷擊線路桿塔或者避雷線時(shí),雷電流通過(guò)雷擊電阻抗使得該點(diǎn)對(duì)地電位驟然升高,當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過(guò)絕緣的沖擊放電電壓時(shí),對(duì)導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò),使導(dǎo)線出現(xiàn)過(guò)電壓。因?yàn)闂U塔或者避雷線的電位(絕緣值)高于導(dǎo)線,因此通常稱(chēng)為反擊雷;另一種是雷電直接擊中導(dǎo)線(無(wú)避雷線時(shí))或繞過(guò)避雷線(屏蔽失效)擊于導(dǎo)線,直接在導(dǎo)線上引起過(guò)電壓,通常稱(chēng)之為繞擊雷。

        2風(fēng)電場(chǎng)集電線路桿塔雷擊因素與防雷接地保護(hù)策略

        2.1架設(shè)雙避雷線

        由于集電線路桿塔路徑以及長(zhǎng)度的變化,線路轉(zhuǎn)角塔防雷也受到了一定的影響而出現(xiàn)了一定的局限性。這就需要對(duì)集電線路進(jìn)行優(yōu)化,在設(shè)計(jì)中可以采取雙避雷線架設(shè),并分別配備導(dǎo)地線以及OPWG各一條。OPWG的主要功能就是光纖通信以及架空地線的功能,同時(shí)還具有良好的熱穩(wěn)定性能,一旦出現(xiàn)單相接地短路情況時(shí),通過(guò)接地網(wǎng)泄放故障電流,地線返回并經(jīng)過(guò)OPWG使其發(fā)熱,但是由于35kV線路短路電流的持續(xù)時(shí)間較短,在出現(xiàn)短路情況時(shí),其散發(fā)出的全部熱量需要用在提升OPWG的溫度上,同時(shí)溫升要求不得超過(guò)設(shè)計(jì)的允許值。而雙導(dǎo)地線架設(shè)的桿塔,防雷的保護(hù)角一般為0°,可以消除以往的局限性,從而起到預(yù)防雷擊的作用。

        2.2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(kāi)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(lèi)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/T21431-2015、《防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》DB15/T500-2011。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。

        2.3人工定位引雷

        (1)原理。當(dāng)雷電云層形成時(shí),云層與地面之間產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng),此電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)到5kV/m。雷電云層會(huì)產(chǎn)生下行先導(dǎo),下行先導(dǎo)電荷以階梯形式向地面運(yùn)動(dòng)。在下行先導(dǎo)從雷云逐漸運(yùn)動(dòng)至地面的過(guò)程中,地面導(dǎo)體表面會(huì)產(chǎn)生上行先導(dǎo)。上行先導(dǎo)向上傳播一直到與下行先導(dǎo)會(huì)合。此時(shí),雷電通道既已形成,雷擊開(kāi)始,雷電流通過(guò)所形成的通道流向大地。當(dāng)雷電的下行先導(dǎo)向地面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,地面上的其他建筑物均可能會(huì)生成上行先導(dǎo)。

        2.4采用架空線路與地埋電纜相結(jié)合的線路架設(shè)方式

        由于高原風(fēng)電場(chǎng)集電線路需要連接各臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)直至進(jìn)入升壓站,線路跨度大、距離長(zhǎng),地形復(fù)雜。因此可以針對(duì)不同的地質(zhì)條件及地形環(huán)境,集電線路采用架空線路與地埋電纜相結(jié)合的方式鋪設(shè)。對(duì)于跨越山谷,地質(zhì)條件不適合挖掘,地勢(shì)相對(duì)較平緩且不易發(fā)生雷擊事件的地段,采用架空線路的方式;對(duì)于地質(zhì)條件適合挖掘且雷擊事故多發(fā)的線路段,進(jìn)行合理的線路規(guī)劃,選用合適絕緣等級(jí)的電纜,采用地埋電纜的方式。地埋電纜具有以下優(yōu)勢(shì):①占地面積少,電纜一般埋設(shè)在土里、溝道、隧道中,不需要使用桿塔,占地少,基本不使用地面上空間;②可靠性高,埋設(shè)于地下受氣候條件和周?chē)h(huán)境影響小,傳輸性能穩(wěn)定;③維護(hù)工作量大大減少。采用架空線路與地埋電纜相結(jié)合的線路傳輸方式,既可以適應(yīng)山地復(fù)雜的地形條件,又可以有效減少集電線路雷擊事件的發(fā)生。

        結(jié)語(yǔ)

        (1)對(duì)于雷電活動(dòng)較多地區(qū),集電線路沿全線架設(shè)避雷線,可以在一定程度上提高線路的耐雷水平,但不能從根本上解決線路閃絡(luò)問(wèn)題。對(duì)于雷電活動(dòng)相對(duì)較少的西北地區(qū),避雷線防雷效果沒(méi)有本質(zhì)改善,可不考慮沿全線架設(shè)避雷線。(2)集電線路防雷措施的采取應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合考慮確定。目前風(fēng)機(jī)、箱變及附近桿塔的避雷器配置及接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)可以滿足集電線路及相關(guān)設(shè)備的防雷要求。對(duì)于個(gè)別經(jīng)常遭受雷擊或?qū)崪y(cè)接地電阻難以下降時(shí),建議考慮增設(shè)線路避雷器保護(hù),使線路耐雷水平滿足規(guī)范及線路安全運(yùn)行要求。(3)在加強(qiáng)防雷措施的同時(shí),應(yīng)定期檢測(cè)過(guò)電壓保護(hù)裝置及電纜頭性能是否滿足要求,如箱變需要進(jìn)行技改時(shí),建議將過(guò)電壓保護(hù)器裝置更換為避雷器。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李森.耦合地線在35kV線路防雷中的應(yīng)用[J].電世界,2014,55(09):10.

        [2]張軍六,張興忠.風(fēng)電場(chǎng)集中接入對(duì)集電線電流保護(hù)的影響研究[J].可再生能源,2020,38(05):647-653.

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