风电场35千伏集电线路雷击跳闸原因分析及解决方案俞雷发

风电场35千伏集电线路雷击跳闸原因分析及解决方案专题分析报告

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编写：俞雷

贵阳勘测设计研究院有限公司

GUIYANG ENGINEERING CORPORA TION LIMTED

2015年08月

摘要

中国电力投资集团公司云南分公司投资了大量风电项目，场内35千伏集电线路成为整个风电场运行维护的重要环节，云南风电项目中已建的35千伏集电线路雷击跳闸率很高，而附近云南电网的高压输电线路跳闸率却很低。为了经济合理地提高在建和待建的35千伏集电线路的耐雷水平，降低运行维护成本和雷击跳闸率，我院对雷击跳闸进行原因分析及解决方案，最终确定合理的防雷保护措施。

一、雷击方式

1、雷直击导线

无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电仍有可能绕过避雷线的保护范围而击于导线（绕击）。

2、雷击杆塔或避雷线

强大的雷电流通过杆塔的接地电阻，使杆塔和避雷线的电位突然升高，杆塔与导线的电位差超过线路绝缘子闪络电压时，绝缘子发生闪络，导线上出现很高的电压。这种杆塔电位升高，反过来对导线的放电，称为反击。

3、雷击集电线路附近大地

雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压。

二、电网线路防雷性能的衡量指标

1、耐雷水平

雷击线路使线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值，以KA为单位。耐雷水平越高，线路发生闪络的概率越小，线路的防雷性能就越好。

2、雷击跳闸率

每100Km线路每年由雷击引起的跳闸次数,它是衡量线路防雷性能的综合指标。

在风电项目可研阶段由设计单位计算出各种杆塔的耐雷水平和雷击跳闸率，查看是否满足防雷要求。

三、设计阶段

考虑云南风电项目海拔基本在2400米-3200米之间，夏季雷暴日较高的特点，防雷保护设计需注重以下几点。

1、保护角

根据规范要求，35千伏杆塔上地线对边导线的保护角，宜采用20度-30度。建议单回路上地线对边导线的保护角控制在20度以内，双回路上地线对边导线

的保护角控制在10度以内。保护角的减小能够有效的减少雷直击导线次数。

2、避雷线

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；2）通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；3）对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。建议不使用单根避雷线杆塔，使用双根避雷线杆塔。

风电项目根据系统要求需要通信，避雷线一根采用光纤复合架空地线OPGW，另一根建议采用铝包钢绞线。普通钢绞线运行3-5年会生锈腐蚀，导电率下降，铝包钢绞线运行年限长，导电率高，可以更好起到分流作用。

3、降低杆塔接地电阻

在土壤电阻率低的地区，应充分利用杆塔的自然接地体，采用与线路平行的地中伸长地线的方法，降低接地电阻，从而有效地减小塔顶电位，提高反击耐雷水平

在土壤电阻率高的地区，用一般方法很难降低电阻时，可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，或采用某种有效的降阻剂降低接地电阻。

建议铁塔接地体采用φ12镀锌圆钢，接地方式采用四腿接地。

4、加强线路绝缘

由于风电场集电线路大多位于高海拔的大山上，这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。建议悬垂绝缘子片数不少于5片，耐张绝缘子片数不少6片，均采用双联方式连接。

5、双回路采用不平衡绝缘方式

在气象条件为10毫米覆冰及以下地区，集电线路同塔架设的双回路线路较多，对此类线路可采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数一边比另一边多一片，这样，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。

6、藕合地埋线

集电线路在雷击频繁、土壤电阻率高的大山上。可以增加藕合地埋线，藕合地埋线可起两个作用，一是降低接地电阻，《电力工程高压送电线路设计手册》指出:连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1—2根接地线，并可与下一基塔的杆塔接地装置相连，此时对工频接地电阻值不作要求，根据国内外的运行经验证明，它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。二是起一部分架空地线的作用，既有避雷线的分流作用，又有避雷线的藕合作用。据有的单位的运行经验，在一个20基杆塔的易击段埋设藕合地埋线后，10年中只发生一

次雷击故障，可降低跳闸率40%，显著提高线路耐雷水平。

7、采用线路型金属氧化物避雷器

在雷电活动特别频繁和土壤电阻率较大的地区，可采用线路型金属氧化物避雷器进行防雷。该避雷器采用复合绝缘外套，重量轻，便于安装。它并接于线路绝缘子串两端，当绝缘子串上的电压达到一定值时动作，从而避免了绝缘子串发生闪络，降低了线路的雷击跳闸率。

上述方法是集电线路设计阶段主要防雷设计，还有采用降阻剂、加装避雷针等方法。降阻剂由于其环境的影响已逐步被取消此，加装避雷针对线路防雷效果不大。

四、施工、验收阶段

1、必须保证避雷线与杆塔之间的引流线安装工艺正确，有足够的接触面积，可以有效地引导雷击电流。

2、严格按照设计的导地线弧垂放线，保证导地线弧垂的防雷配合。

3、杆塔接地电阻应同时满足设计规程（设计值为土壤干燥）和运行规程的要求，既要符合实测土壤电阻率的要求；又要及时掌握其变化情况。测量接地电阻应采用正确的测量方法，并应考虑季节性的影响（将现场测得的接地电阻值用测试月的季节换算系数进行修正，得出被测杆塔实际接地电阻值）。

对不同的接地电阻测量方法，提出如下要求：

（1）采用普通电压电流比率计型接地电阻表（俗称“接地摇表”）测量接地电阻时，通过铁塔的接地装置应将接地引下线与铁塔分开后进行测量；通过非预应力钢筋混凝土电杆的接地装置，应从杆顶将接地引下线与避雷线脱离后进行测量。

（2）采用钳形接地电阻测量仪（俗称“钩表”）测量接地电阻时，不得将