前言

 

 

我国风电场大多建在宽敞的野外空地或山区，位置环境较差。在正常运行和生产过程中，风电场需要面对环境湿度高、土壤电阻率高、梅雨季雷暴特殊天气等较大的环境考验，也对风电场的运行构成很大威胁。近年来，雷击事故频发，成为风电产业发展道路上的“绊脚石”。

 

1风电场特点及防雷电重要性

 

1.1风电场特点

 

如今，随着科学技术水平和经济社会的不断提高，我国风电产业也在向高水平发展。在此背景下，我国风电场的数量和规模也在稳步增长。我国常见的风电场特点主要分为四个方面:一是风电场发电机组主机型号多，同一发电厂区主机型号多；二是风电场缺乏风能稳定性控制，存在随机性和间歇性问题。风速和风向的变化也会影响风电机的正常运行，无法正常生产；第三，由于风能密度低，风轮对风能的捕捉能力低，风能的利用率和储存率也会降低，转化的电能也会减少；第四，风电场所地理位置偏远，海拔普遍偏高，影响风电场的平稳运行。

 

1.2防雷的重要性

 

集电线路是风电场的关键组成部分，是否正常安全运行是影响整个发电场运行的重要因素。在风电场运行过程中，常见的自然问题和最大的影响是自然因素，特别是雷击跳闸问题。通常，中国的风电场地相对偏远、开放，地形高、开放。在这样的地理条件下，它更容易受到雷击问题。风电场设备雷击次数过多，会影响风电场的安全和稳定生产。据相关统计，风电场的各种跳闸事故大多是雷击引起的。地形较高、开放，土壤电阻率较高，更容易受到雷击。雷击破坏集电线路，导致开关跳闸，进而造成安全事故。如果出现严重的雷击问题，雷击带来的电波冲击将沿着线路进入变电所，造成更严重的问题。因此，加强风电场集电线路的防雷措施，提高防雷性能，维护风电场的安全稳定生产非常重要，有利于促进我国风电事业的安全发展。

 

2雷击事故分析

 

2.1项目简介

 

本研究项目分为四个阶段，每个阶段的装机容量为50MW。风电场所位于郊区平原地区，场地开阔。天气环境属于中雷区，年平均雷暴日为25天。根据有关规定，风电场集电线路在升压站附近设置1.5公里避雷线，变电箱内设置一套过电压保护装置，通过电缆连接箱变35公里侧的架空集电线路，配备一套避雷器，与塔避雷器残压134公里，方波通流容量150公里，电缆终端冲击耐受电压200公里。项目施工完成投入使用前，集电线路发生雷击，但设备未损坏。2017年8月，雷击造成设备损坏。风机箱变高压侧过电压保护器被击穿，电缆头因过电流冲击烧毁，箱变高压电缆室和箱变顶盖损坏。

 

2.2雷击事件初步分析

 

风电场投入使用前发生雷击事故。幸运的是，设备没有损坏。这主要是因为雷击形成的雷电电压超过线路绝缘子的雷电闪络电压，绝缘子在对地闪络后单相接地跳闸。在这种情况下，雷击电流高于线路的防雷水平，即使设备中安装了防雷设备，也不能保证线路在被雷击时不会跳闸。

 

在2017年8月的雷击事故中，电缆头和过电压保护器都有不同程度的损坏。分析认为，线路被雷击后，导线上的雷电过电压通过箱体变成出口线路侧的避雷器，没有损坏，说明过电压保护器和电缆头的损坏是由于避雷器中含有的残余压力或低于残余压力的过电压造成的。正常情况下，避雷器与过电压保护装置的参数基本相同，避雷器正常工作时过电压保护器和电缆头不会出现问题。因此，经过深入分析得出结论：由于过电压保护器存在问题，过电压和热负荷能力差，电缆头因避雷器残留压力、施工质量、自身质量等问题而损坏，长期使用后无法承受避雷器残留压力。分析表明，集电线路没有在全线设置避雷线，但在避雷器的保护下也有一定的作用。集电线路未设置全线避雷线不是造成事故的主要原因。

 

33集电线路防雷措施

 

3.1定期做好线路防雷检测工作

 

风电场管理人员必须严格遵守运行维护规范等相关要求，定期对风电场设备进行预防性试验和性能试验，其中防雷试验是非常必要和不可缺少的试验步骤。风电场设备防雷试验主要包括箱式变压器、风机、升压站设备、建筑物等，试验内容为各设备基本情况、防雷类别确定、供配电基本情况等。特别是集电线路的防雷预测和试验，除原试验时间外，在梅雨季节增加试验次数，尽量避免雷击问题。

 

3.2强化集电线路的绝缘性能

 

定期组织工作人员对风电场的集电线路进行检查，对其进行零值绝缘子检测，发现应及时更换零值绝缘子，避免绝缘子性能下降引起的雷击事故。集电线路绝缘水平与抗雷水平成正比。加强绝缘子检测是保证集电线路绝缘强度的重要因素。风电场集电线路电压等级低，线路上设置的绝缘子串片数量一般在4个左右，绝缘性能和强度也低。即使在此基础上增加绝缘子串片数量，在雷击发生时也无法有效保护线路。增加绝缘子主要是为了避免绝缘闪络。此外，还需要定期清洁和维护绝缘子和避雷器，防止设备污垢引起闪络问题，减少污垢对设备的腐蚀。

 

3.3设置双避雷线

 

集电线杆塔的路径和长度是制约线路防雷的重要因素，因此需要优化集电线路，尽可能避免这种情况。在设计过程中，可以考虑采用双避雷线架设，分别配备导地线和OPWG。OPWG起到通信和架空地线的作用，也具有良好的热稳定性。当出现单相接地短路问题时，可以利用接地网排出故障电流，地线返回，通过OPWG加热。双导地线架设的杆塔一般水平设置防雷保护角，尽量减少原有局限性，实现防雷功能。

 

3.4地埋电缆

 

风电场通常位于开放区域，容易遭受雷击。因此，在设计开始时，应综合考虑气候、环境等自然因素。集电线路采用埋地电缆实现，可减少雷击引起的跳闸，生产高效稳定的电能。埋地电缆占地面积小，通常埋在土壤中，或室内、沟槽等，电缆绝缘距离小，不需要塔杆；可靠性高，基本不受周围环境和气候影响，传输电能稳定性强；分布电容大，后期维护工作量小，可在一定程度上降低后期维护成本，同时提高风电场的经济效益，促进我国风电产业的发展。

 

3.5其他防治措施

 

在日常维护工作中，要加强对集电线路的检查，及时报告和处理问题，形成字面记录。在导线下设置耦合地线，可降低避雷线与导线之间的耦合系数，分流雷击过程中产生的电流，提高集电线路的防雷水平和性能。

 

4结语

 

为了进一步提高集电线路的防雷性能，避免雷击引起的风电场跳闸问题，在风电场投入施工前综合考虑地形、环境、气候等自然因素，根据风电场本身的特点等实际情况采取最科学可行的防雷措施。在后期使用过程中，运行维护工作应特别注意防雷装置和接地装置的检测，确保风电场的安全稳定生产。