齐顺亮
新疆金风科技股份有限公司 新疆 乌鲁木齐 830013
摘要：风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。其中核心设施升压站，起着举足轻重的作用。风电场升压站作为一个通过的电荷电压变换的整体系统,其周围存在高强度的电磁感应,加上其处于旷野制高点，雷击选择敏感度高，极易遭受雷击。在发生雷击时，由雷电放电所释放出的巨大能量会对发变电设备、控制系统等造成严重破坏，导致停运事故，引起经济损失。
关键词：高山风电; 雷击过电压; 接地网改造
引言
影响风电场运行安全的最大问题就是雷击，风电场一般分为三大部分：升压站、集电线路、风机。风电场防雷接地系统主要防护的有直击雷、操作过电压、感应雷等。而高山风电场自身海拔较高，风机安装地点大部分位于山脉的高处，四周环境空旷缺乏遮掩，且土壤条件较为恶劣。因此，避免或减少雷电对风机造成的伤害，是风电场建设工作的重要部分。
1风电场接地网概况
该风电场土壤地质主要为风化岩结构，风机基础所在位置的土壤比较均匀一致。受地形限制，风机接地网较小，土壤电阻率较高。为验证风机接地网电气连接的完整性，经抽样测试，直流电阻值在75.3～323.4MΩ，表明风机接地网之间导通良好。根据QX/T312—2015《风力发电机组防雷装置检测技术规范》5.6.2的规定，接地装置与其他接地网连接，应断开连接后再进行检测。现场采用电流－电压表三极测试方法，通过电流－电位线夹角/直角法布置的方式，检测25台风机的接地阻抗，每台风机接地阻抗四次测量误差在5%以内视为有效值。根据QX/T312—2015《风力发电机组防雷装置检测技术规范》及设计值要求，该风电场接地网阻抗值应不大于4Ω。测试结果共有17台风机接地阻抗不合格。
2风电场所属地区年均雷暴日分布
我国雷暴日等级划分为：平均年雷暴日不超过15d的地区为少雷区；平均年雷暴日超过15d但不超过40d的地区为中雷区；平均年雷暴日超过40d但不超过90d的地区为多雷区。在我国线路防雷规程中，一般以40日/年的雷暴日作为线路防雷设计标准。通过对我公司场站地理位置分布统计，可知风电场所属地区年均雷暴日等级分布占比。沿海、山地等风电场集电线路每年雷雨季节遭雷击闪络造成跳闸和停电较为频繁，所以有必要考虑加强线路防雷性能。
3现场勘察情况
（1）地理位置。该高山风电场升压站位于某山上，其场地地貌类型为沿海丘陵基岩山区，为一片不连续山体，山体自然边坡坡度在15~25度之间，坡体稳定，但存在大量孤石危岩体。升压站长72m、宽78m。经当地气象部门了解，110kV升压站所在地的气候较为复杂，强雷暴、台风、暴雨天气经常出现，因此，对于此升压站的防雷安全异常重要。（2）土壤情况。该高山风电场升压站所处山体覆盖层稀薄，大部分地区基岩直接裸露，经测量该地区土壤电阻率约为4000Ω·m。（3）雷电资料。据气象部门统计，该高山风电升压站所处地区历史上累计年平均雷暴日数为43.2天，属多雷区。经计算，雷击大地的年平均密度为4.11［次/（km2·a）］。
4风电场线路防雷性能提高措施
4.1架设地线
风电场内因为要传输风机控制信号，一般都会架设ＯＰＧＷ地线或ＡＤＳＳ地线，可以通过分流、耦合和屏蔽作用提高线路耐雷水平，地线是最有效和最基本的防雷措施，在雷电活动强的地区还可以采用架设藕合线方式提高耐雷水平，架设耦合地线是指在导线的下方加挂地线，有文献表明在采用架空地线后防雷效果不明显的情况下，采用架设２根耦合地线可以大大的提高耐雷水平，并通过实例计算得出架设耦合地线后能使线路耦合系数增高９３．２％，降低了绕击率，另一方面，耦合地线还可以采用地埋方式，是指在沿线路走向在土里埋设１～２根地线，并可以连接到下一基铁塔的接地装置上，也可以架设双地线增加保护角。
4.2定期做好线路防雷检测
风电场根据运维规范要求，每年都要定期开展年度预防性试验及各项设备性能检测，防雷检测更是很重要的一环节。其中，电气设备防雷检测包括箱变、风机、升压站设备、综合配电设施及建筑物等，检测内容包含基本情况和防雷类别确定、高、低压供配电基本情况、主要防雷保护对象和电气、信息设备基本情况、防雷装置设置基本情况及雷灾历史、其他情况。主要的防雷检测技术依据为：《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2015、《防雷装置检测技术规范》DB15/T500-2011。风电场要根据防雷检测结果，及时进行缺陷隐患整改工作，以保证雷电多发季节设备性能可靠。
4.3深井接地
土壤电阻率在纵向和横向的分布通常是不均的。地下几米之内的土壤电阻率会随着季节改变而改变，雨季和旱季时土壤电阻率差别极大，而深层的土壤电阻率较为稳定，因此可以利用深井接地的方法来获得符合要求的接地电阻值。深井接地施工时，一般用钻孔机垂直打出某一直径的孔洞深度一般为（30m～120m)在孔中插入接地极，有必要时可以将降阻剂一并压入空隙。
4.4防闪络，使输电线路受雷后绝缘不完全发生闪络
绝缘子的闪落与绝缘子污秽程度有很大关系，空气中的灰尘杂质积落在绝缘子上，在小雨、雾、露或雪天气时，湿润的电解质使绝缘子表面电导率增加，大气过电压作用下绝缘子串容易发生闪络放电。有文献分析了绝缘子闪落机理，分析表明绝缘子污秽程度、湿润程度、过电压大小这３个方面对绝缘子闪络影响较大，设计前应考虑风电场周围污秽情况的发展趋势，运行状态下应及时对污秽进行清洗，这些措施都可以降低绝缘子的闪络，提高线路的防雷水平。当多回输电线路遭受雷击时，两条或多条线路可能同时发生闪络，对风电场的运行造成严重影响。为了降低了多回闪络率情况，有学者在ＥＭＴＤＣ建立输电线路模型进行了仿真研究，在不增加总闪络率的情况下，提出新的多回线路绝缘等级高的不平衡绝缘设计方法，这为设计人员提供了另一种防雷设计思路。雷电流不能及时的泄露到大地时，也是造成绝缘子串闪络的重要原因，可以通过降低接地电阻，或适当加强线路绝缘或者采用差绝缘方式通过减少工频电场强度来阻止雷击时绝缘子完全闪落。
4.5降低保护角
用避雷线来保护集电线路时，目前，都用保护角的大小来表示其对线路的保护程度。保护角即图中避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂直线之间的夹角，夹角以内的保护区域就是保护范围。保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护作用越有效，为了减小保护角，必须提高避雷线的悬挂高度，但这将增加杆塔尺寸，增加造价，所以保护角又不能做的太小，按照线路的重要程度不同，通常在15°～30°选用不用的保护角。结合风电场运维实际情况，对于多雷区，集电线路保护角应有针对的进行调整，以确保有效地降低雷击跳闸率，提高线路运行可靠性。
4.6风电场进行整体防雷
通过对相关的调查和研究可以发现：在雷电现象发生的时候，其通常会对整个区域的防雷设备产生一定的影响。需要充分的考虑到不同的位置所受到的雷击影响的不同。由于地理位置的不同，有些地区很容易会受到雷击的影响。为此，可以选择设置多个独立的接闪针塔的方式。如果在建设的过程中，发现部分的地区出现雷电状况时，其顶端的独立接闪针的积极作用便可以得到有效的发挥。从其作用来看，如果在发生了雷电的状况，接闪针能够在一定程度上避免电气系统受到破化现象。
结束语
1)高山风电场一般土壤电阻率较高，风机基础受地形限制，接地网施工难度大，风机接地网较小。防雷整改首先要现场测试风机接地网接地阻抗，通过科学分析计算，采取合适的接地网布置技术和施工方案。2)箱变是遭受雷击的重灾设备，应高度重视对箱变室等电位连接进行整改。施工应特别注意将箱变室内设备接地、工作接地与箱变中性点接地分开，单独从地网引入接地线。箱变外壳接地、箱变中性点接地、设备接地分别从地网引入接地线，并且接地点在地网上的引出点距离不小于5m。
参考文献
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