清洁能源风力发电防雷接地保护措施研究

随着 对风力发电的鼓励、 财政对风力发电补贴政策的落实以及 高压建设带来的弃风问题的缓解，风电装机有望在未来几年内保持快速增长。风电场大多采用35kv架空线路。据统计，因雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60％以上(2)。对于输电线路所拥有的防雷电能力，在实际工程中往往使用输电线路的耐雷水平以及在遭受雷击时的跳闸率作为衡量指标。如何防护输电线路事故，尽可能减少线路雷击害事故的次数提高线路运行的 性，减少因线路故障带来的风电场经济损失一直都是风电工程中关注的问题。引起输电线路故障跳闸的原因有很多，其中因雷击引起的跳闸次数位居所有跳闸原因之首

线路跳闸原因分析

一般而言，排除避雷器自身缺陷造成误动外，避雷器动作均由线路过电压引起。线路过电压包括两种情况：一是内部过电压：主要是有系统内部的设备及操作设备时引起的过电压。二是外部过电压：主要为系统外部产生的过电压，如雷电、单相接地等情况。

风电场YB线在2012至2014年7月的8次跳闸事故中有7次保护动作可以判断是雷击直接造成的，其中6次发生在持续雷雨天气并伴随相应避雷器动作、4次绝缘击穿。造成线路两相接地短路1次、单相接地短路4次，由此可见风电场集电线路雷击对跳闸的影响很大。YB08风机海拔高度为1017米，YB07、YB11风机海拔高度为952米且处于高山脊末端，分别位于北与南端。YB07-YB11集电线路段共9基杆塔，其中5基为线路终端，位于风机距离40米左右。该风场的风机轮毂高70米，风机接引器可以起到避雷针的作用，经计算风机保护有效半径为50米，5基终端塔在其保护范围内，其余4级线路杆塔不在其保护范围内，因此，遭受雷击引起直击雷过电压使绝缘子串发生闪络事件较多。

由避雷器动作统计可知，集电线路避雷器动作集中在6-9月份，正是该地区的雷雨季。季节和地势高低的变化，不会导致集电线路正常运行时内部过电压和避雷器动作机率明显增减，由此可以得出避雷器动作次数大幅增加主要由雷电过电压引起。线路受到雷电绕击的可能性与杆塔高度、避雷线外侧边导线的保护角度、地形地貌和地质条件有关，山地类风电场集电线路的绕击率远远高于平地线路。这 是风电场集电线路A、C相避雷器动作次数多的主要原因之一。

防雷保护措施

首先，在工程实施过程中每基杆塔都敷设了接地装置，并与地线牢靠连接，以使雷电流通过较低的接地电阻泄入大地。在土壤电阻率较高地区架设线路时，可以采取 殊的降阻方式，如增加埋设深度，延长接地极的使用， 近增加垂直接地极或者接地深井、接地模块等方式的运用。对山顶地势较高处的风机杆塔或高土壤电阻率无避雷器的杆塔，防止杆塔顶部的雷电场强发生畸变可采用伸长接地体方式，将每根杆塔的接地装置连接起来，以形成一条低电阻通道。

其次，本工程原直线塔采用合成绝缘子，耐张塔采用瓷绝缘子。鉴于YB线集电线路经常发生雷电过电压，为进一步提升集电线路的绝缘水平，采用陶瓷横担替代原镀锌铁横担。因为，耐雷水平与集电线路的绝缘水平成正比，建议集电线路慎用合成绝缘子，定期对零值绝缘子进行检测，保证高压集电线路的绝缘强度。

后，在容易遭受雷击的 区域加装避雷针装置，与风机引雷装置形成联合保护，减少集电线路遭受雷击概率，保护集电线路正常运行。

5 结论

风电场是利用风能转化为电能，风资源的好坏决定了整个风场的效益，而风资源与海拔高度成正比。为了使风机处于 的风资源区域，风机往往都会选择地势较高的位置，而这些海拔较高的位置都伴随着 高的雷击风险。建议风电场在设计、建设时应 考虑以下方面：

1）本工程集电线路的防雷、接地的设计优于规程要求，实际的雷击跳闸率低于该地区的电网系统的跳闸率。但雷电活动随机性较强，不论采取何种方案均有局限性，均不能完全保证免遭雷电灾害。

2）采用架空集电线路时，集电线路采用双地线设计，减少导线的保护角。地形比较复杂区域，可以考虑增设耦合地线。

3）对于高雷暴地区，建议采用电缆方案，避免产生雷击事件。由于电缆为全绝缘体，在地中直埋，电缆上部铺设避雷扁钢，可以有效的解决直击雷和感应雷，并且在电缆头两端均设置避雷器，对电缆进行保护。

4）集电线路采用瓷绝缘子或玻璃绝缘子，并提高杆塔的绝缘等级。

5）集电线路杆塔接地装置，在高土壤电阻率地区时，应采用 殊接地方式，保证杆塔的接地电阻长期有效。

6）集电线路杆塔上适度增设避雷器，并选用合适的参数、保证避雷器的产品质量，加强日常维护。

7）本工程集电线路的防雷、接地的设计优于规程要求，实际的雷击跳闸率低于该地区的电网系统的跳闸率。但雷电活动随机性较强，不论采取何种方案均有局限性，均不能完全保证免遭雷电灾害。

为提高集电线路的防雷水平，降低集电线路的雷击跳闸率，需要 考虑高压集电线路经过地区雷电活动强弱程度、地形地貌 点和土壤电阻率等情况，结合风电场集电线路设计方案以及系统运行方式等，确定合理的防雷保护方案。