云南高原山地风电场集电线路防雷探讨

云南高原山地风电场集电线路防雷探讨
发布时间：2021-11-01T07:16:18.848Z 来源：《新型城镇化》2021年20期作者：范贤旗[导读] 高原山地风电场集电线路的防雷对电场的经济效益影响至关重要。

国家电投云南国际新能源事业部云南昆明650228摘要：云南高原山地风电场地形复杂，大部分处于山脊地带，海拔高，沟壑纵横交错，集电线路多采用架空方式，由于受地理环境、气候影响，集电线路遭受雷击机率较大，雷击线路跳闸给电场带来很大的经济损失。

因此，本文介绍高原山地对防雷的影响及防雷措施，
结合某风电场集电线路防雷改造取得的效果，探讨云南高原山地风电场集电线路防雷措施。

关键词：高原山地；集电线路；防雷
0引言
风电场集电线路的作用是将风机产生的电能汇集到升压站，经变压器升压后通过高压线路送出。

集电线路一般采用架空或电缆埋地敷设，电压等级一般为 35kV，云南高原山地风电场，由于地形复杂，风电项目绝大部分处于山脊地带，海拔高，沟壑纵横交错[1]，集电线路多采用架空方式。

集电线路产生雷击事故时，不但会造成集电线路所带风机均脱网，影响风电场发电，增加风电场维护工作量，还可能造成雷电波沿线升压变电站，引起变电设备的损坏。

因此，高原山地风电场集电线路的防雷对电场的经济效益影响至关重要。

1高原山地对防雷的影响1.1气候影响云南地处云贵高原，其中山地高原约占全省面积的 94%，平均海拔约为 2000m，随着海拔的增加，大气压力下降，相对空气密度也随着下降，须提高绝缘水平防止雷击瞬态过电压。

另外，云南高原风电场位于群山之中，沿山势走向呈带状分布于高山之巅，气候恶劣，在自由大气中，平均海拔每升高 100m，气温约降低 0.60℃。

1.2风向影响
云南地区以西南风为主，风电场以南北向“一”型带状布置位例，气流的流动方向直接导致整个风电场部分集电线路雷击概率的增加。

风电场最南端的集电线路遭雷击概率大幅度增加。

1.3地质影响
云南高原是典型的喀斯特地貌，石灰岩分布广布，而影响接地电阻的主要因素有土壤电阻率，接地体的尺寸、形状、埋入深度、接地线与接地体的连接等，其中，土壤电阻率对接地电阻的大小起着关键性作用。

云南高原的土壤电阻率偏高，泄载雷电流通道不顺畅，雷电反击等次生灾害严重[2]。

2集电线路防雷措施
在工程中，集电线路的防雷性能通常用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。

耐雷水平指线路遭受雷击时，线路绝缘所耐受的不至于引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，单位未 kA，线路的耐雷水平越高，放流性能就越好；雷击跳闸率是规定在每年 40 个雷电日和 100Km 的线路长度下，因雷击引起的线路跳闸次数。

集电线路的过电压类型主要为直接雷过电压和感应雷过电压，其中，直接雷过电压产生的危害会更严重。

目前，风电场集电线路的防雷措施有以下几种：2.1提高绝缘水平提高线路的绝缘水平主要通过使用绝缘导线来代替原来的裸导线，增加绝缘子串的片数，在绝缘子与导线之间增加绝缘皮，改用大爬距悬式绝缘子等。

2.2架设避雷线
架设避雷线是防止雷电直接雷击线路的最直接的保护措施，在集电线路上架设避雷线可以使雷电流流向各个杆塔而进行分流，减少流入每个杆塔的电流，降低塔顶电位，增加耐雷水平；对导线有屏蔽作用，可以降低导线上的感应雷过电压；对导线有耦合作用，可以降低雷击杆塔时作用于绝缘子串上的电压。

2.3安装避雷器
避雷器对线路的雷电过电压的防护具有很好的效果，但全线安装避雷器成本较大，一般选择在土壤电阻率很高的线段以及绝缘薄弱处安装避雷器。

2.4降低接地电阻
降低杆塔的接地电阻有利于雷电流的泄放，能够有效降低雷击杆塔时杆塔的电位，防止反击事故的发生。

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云南某风电场集电线路防雷改造
云南某风电场海拔高度在 2300m～ 2900m 之间，总装机容量为300MW，安装 70 台单机容量为 2000kW～2300kW 的风力发电机组，根据不同山脉走向分布，共布置 8 回 35kV 集电线路，总长度约为 45km，杆塔数量为 237 基[3]。

3.1防雷改造前雷击事件 1）历年集电线路雷击跳闸统计
表 1 某风电场历年集电线路雷击跳闸统计
备注：2018 年集电线路雷击跳闸统计到 8 月份。

由表 1 可以看出，2016 年至 2018 年某风电场集电线路发生雷击跳闸事件 20 次，主要发生在 35kV Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ回集电线，实际地理位置在某风电场南部，其中，过流保护动作 12 次，零序过流保护动作 8 次；35kV
Ⅵ回线雷击跳闸发生 7 次，35kV Ⅶ回线雷击跳闸发生 5 次，35kVⅧ回线雷击跳闸发生 4 次，三条集电线遭雷击跳闸发生次数占总的80%。

2）发生雷击事件分析
综合某风电场集电线雷击事件保护动作分析报告，过流和零序保护动作原因基本为：
（1）集电线路遭受雷击，在故障瞬间，开始集电线某相电压突然降低，另外两相电压突然升高；集电线 N 相电流升高，雷电流瞬间通过杆塔，在杆塔发生反击雷电流导致集电线路两相绝缘子损坏，造成相间短路故障，达到过流保护动作条件。

（2）集电线路遭受雷击，在故障瞬间，集电线路某两相或三相电流升高，箱变避雷器动作泄放雷电能量，因雷击能量较大，雷击造成箱变两相或三相避雷器损坏，高电压导致相间绝缘击穿放电短路，达到过流保护动作条件。

（3）集电线路遭受雷击，在故障瞬间，集电线杆塔遭受雷击，雷电流瞬间通过杆塔，导致某相绝缘子被击穿，造成单相接地故障，达到零序电流保护动作条件。

（4）集电线路遭受雷击，在故障瞬间，集电线路某相或两相电流升高，箱变避雷器动作泄放雷电能量，因雷击能量较大，雷击造成箱变单相或两相避雷器损坏，高电压导致绝缘击穿，造成单相接地或两相同时接地，达到零序电流保护动作条件。

3.2防雷改造
根据集电线路遭受雷击跳闸频率，2018 年 8 月，某风电场对 35kV Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ回集电线进行防雷改造，改造内容如下：
1）集电线路杆塔加装高原型避雷器。

根据风电场土壤电阻率及雷击情况，分别选择 35kVⅥ、Ⅶ、Ⅷ回集电线的相邻杆塔加装高原型避雷器。

2）集电线路塔杆上安装主动接闪杆。

在遭雷击可能性较大和已遭雷击的塔杆上安装主动接闪杆，其中接闪器安装高度为 2.5 米，与塔杆绝缘保持
绝缘，并安装独立绝缘引下线，引下线独立接地埋设 15 米，且安装一定
数量的垂直接地极后再与铁塔原接地主网连接。

3）接地降阻整改。

在加装主动接闪杆的塔杆和新加装高原型避雷器的塔杆的接地装置上进行降阻处理。

通过加装接地模块、水平接地体、垂直接地体等方式降低杆塔接地电阻，要求杆塔接地电阻值低于 8?（按季节系数折算后），共计 15 基塔。

塔基接地电阻测量如下：
表 2 塔基接地电阻测量单位：Ω
3.3防雷改造效果
某风电场自 2018 年 8 月完成 35kV Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ回集电线防雷改造后，截止 2020 年 5 月 31 日，只在 2019 年 8 月 16 日发生过一起Ⅶ、Ⅷ同塔双回线 N09 号塔 A 相大号侧双串绝缘子雷击闪烙、B 相小号侧双串绝缘子雷击闪烙，A、B 相间短路导致过流保护动作两条集电线路同时跳闸事件；改造过的杆塔目前还未发生过雷击跳闸事件。

4结束语
云南高原山地风电场集电线路的防雷要结合风电场自身的特殊地理位置、土壤电阻率、发生雷击频率，有针对性地对不同集电线路采用不同的防雷措施，有效节约防雷成本，降低集电线路雷击跳闸率，提高集电线路的耐雷水平及集电线路运行可靠性，减少因雷击集电线路跳闸带来的风
电场经济损失。

参考文献
[1]沈建华。

山地风电场 35kV 集电线路跳闸原因分析及其防范措施，
2018。

[2]张新左、罗涛、施光辉。

云南高原环境对风电机组防雷的影响及设计，2017。

[3]黄海魁。

对山区某风电场集电线路雷击事件的原因分析及防范措施，2012。