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国家电投集团广西金紫山风电有限公司，广西 桂林 541400
摘要：在风电场的发展建设中，对于设备的日常检修是保证风电场健康持续发展的重要手段。本文根据高山风电场雷击灾害事件,以及强雷暴天气的特点,机组运行特点,因地制宜,提出相应改进方案,以确保高山风电场相关设备在雷电环境下安全,可靠运行
关键词：高山风电场；风力发电机组；防雷施工
1 雷击的危害
据国际电工委员会（IEC）统计资料统计，每年每运行的100台机组要发生近8起雷击故障事件，其中有4-5台因雷电损害而停运。广西的高山风电场都位于海拔1100-1800多米的旷野山脉，高土壤电阻率，山顶气候变化无常，雷雨天气频繁。所在区域雷暴天数都在50天以上，依据标准GB50343-2004等级划分属于高雷区，高高耸立的风机在此环境下遭遇雷击的机率较大。风机遭雷电击中后导致箱变遭受强雷电波入侵不同程度受损，给风电场带来设备和电量的双重损失，也给风电场安全稳定运行造成威胁。因此，应根据现有防雷保护标准，结合高山风电场及其风机防雷保护要求，因地制宜，提出相应的风机防雷施工注意事项，提高高山风电场雷电防护效率，以确保高山风电场相关设备在雷电环境下安全、可靠运行。
2 风机防雷的重要性
高山风电中高高耸立的风机叶片遭遇雷击的机率较大，但由于雷电流从风机叶片经过风机轴承和塔筒到基础后从大地释放，释放雷电流过程中往往导致箱变遭受地电位抬高，强雷电波入侵不同程度受损，包括机组箱变低压侧母排烧熔，低压侧熔断器、SPD连接线受损，低压侧断路器电源线相间击穿等情况，给风电场带来较大设备损失，对电力系统的安全稳定运行造成威胁。
2.1 箱变低压侧情况分析
当雷击风机叶片时，雷电流通过风机塔筒流入接地网最后泄放到大地中去。雷电流流经地网时，由于接地电阻的存在，接地网电位升高为Ug，它与冲击接地电阻和雷电流峰值成正比。对于大型接地网，考虑到接地体在高频下的电感效应，地电位Ug的分布也与雷击点和地网结构有关。同时在雷击时，接地网上方的埋地电缆中也会产生感应电压Uc（由于雷电过电压较大，在此暂态过程中可以忽略电缆中的工频电压分量），安装在箱变低压侧的SPD（浪涌保护器）两端承受的电压USPD为在箱变接地点处的地电位与低压侧电缆进线处的感应电位之差，即：USPD=Ug-Uc。若USPD达到较高的数值，且高山上空气潮湿，可能在SPD等设备表面聚积水气出现凝露，使得其外绝缘发生沿面闪络甚至击穿，箱变内相线对地出现放电通道，从而导致相间或相对地（外壳）放电，形成相线对地电弧接地通路，在该接地通路上会产生较长时间的工频续流。在工频电弧及工频短路电流的作用下，导致熔断器熔断和二次设备等进一步破坏。最严重的情况，当短路电流长时间作用于箱变，电弧在箱体内飞溅，最危险的情况是将低压侧下端的放油口击坏，变压器油泄漏并被引燃，导致箱变低压侧严重烧损。
2.2 箱变高压侧情况分析
当雷击造成低压侧对地短路时，若继电保护装置未能及时动作，风机以及高压侧两电源端均对短路点输出短路电流； 35kV线路给低压侧故障点提供的工频短路电流，将会造成变压器高压侧熔断器的熔丝弹出。
3 风机防雷施工基本要求
3.1 编制施工方案
根据实际情况编制切实可行的施工方案，也称为“三措一案”，主要包括组织措施、技术措施、安全措施和施工方案。组织措施包括现场施工组织构架，
如：项目经理、技术负责人、施工负责人、质量、安全负责人、材料、设备负责人等人员的职责和分工。编制现场实施的技术措施，采取的方法和材料，以及质量保证体系。编制实施的安全措施、安全目标、安全保证体系以及发生事故的应急预案等。结合组织措施、技术措施、安全措施编制具体的施工方案，施工进度计划、保证工期的措施等。
3.2 施工要求
①接地网各交叉点均应可靠焊接，不得有虚焊、假焊现象。焊接处应采取涂防腐漆或沥青等防腐蚀措施。
②接地网水平接地体敷设深度不应小于0.8m，局部遇到岩石处，以挖到岩石为止。
③每个风电机组接地网施工完成后应分别单独实测接地电阻值。测试工作由投标人负责委托有资质的第三方进行。如果测试结果不满足要求，承包方应对地网进行改造，直到满足要求为止，因此而增加的工程量由承包方自行负责。
④接地装置应符合GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》的有关规定，所有不带电运行的金属物体，如电气设备的底座和外壳，金属构架和钢筋混凝土构架，金属围栏和靠近带电部分的金属门框，电缆外皮和电线电缆穿线钢管等均应接地。除另有规定外，对电缆外皮和穿线钢管应做到两端接地。
4 风机防雷施工方案
根据风电场现场情况，由于风机中心距离箱变约15米，设计以风机基础中心为圆心，半径r=18米的不规则环形，并在接地环上均匀埋设间距为10米左右的垂直接地极(局部遇到岩石处，以打到岩石为止)，水平均压接地环具体形状视施工现场环境和地形而定；其中水平接地体采用-60×6热镀锌扁钢，垂直接地极每台风机采用L60×6×2500热镀角钢10根。风机新增均压接地环与风机基础边缘预留3个引出点（引出点需至少引出地面2米）采用-60×6热镀锌扁钢就近可靠连接，同时从风机新增均压接地环敷设两条接地线与箱式变压器接地装置就近可靠连接，连接线采用-60×6热镀锌扁钢。
当接地电阻值＜4Ω时，接地电阻合格。当接地电阻值＞4Ω时，不符合接地电阻要求，参照GB50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》3.2.10说明：在高土壤电阻率地区，接地装置的接地电阻很难达到要求时，可采用以下措施降低接地电阻：1、在风机附近有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地网或向外延伸接地体；2、当地下较深处的土壤电阻率较低时，可采用深井式或深钻式深埋接地极；3、填充电阻率较低的物质以改善土壤传导性能等措施；4、采用水下敷设接地网；5、采用新型接地装置，如电解离子接地极；6、敷设多层接地体。
5 结论
根据对高山风电场雷击事故的现场调研、措施评估和风机防雷施工整改验证，得出以下主要结论：
①雷击风机叶片时，雷电流经过风机塔筒及接地网流散到土壤中，引起地电位升高，此时箱变接地母排、外壳及低压侧中性点均处于高电位，在箱变低压侧形成电位差。在电位差作用下出现SPD导通无法切断工频续流、绝缘击穿或沿面闪络时，出现箱变低压侧对地短路，工频电弧在密闭箱变内发展，导致低压侧各设备损坏甚至漏油燃烧，同时高压侧短路电流也使得高压熔断器冲出。
②随着距接地网中心距离的增加，接地网导体电位只有很小幅度的衰减，可以将整个接地网看成是等电位的，而土壤中的电位会有较大幅度的衰减，因此接地体和土壤层间电压差逐渐增大，使得箱变低压侧出现较大过电压； 土壤电阻率增加，雷电流峰值和陡度增加时，整体地电位抬升越多，箱变低压侧电位差也越大。
③箱变低压侧的过电压值随着雷电流峰值和陡度的增大而增大，在风机与箱变两侧均可靠接地时，箱变低压侧对接地体的电位差能显著降低，可加装金属管道或使用降阻材料可使箱变低压侧电位差大幅度降低，减小接地电阻虽然可以降低地电位。
④箱变高低压侧电源短路时，由于开关型SPD在雷电激发下发下导通后，无法切断工频续流，很可能会导致SPD内工频电弧飞出甚至SPD爆炸，冲击箱变内设备，进而引发更严重的短路故障，造成恶性循坏而使箱变产生严重损坏。
⑤在每台箱变里低压侧裸露带电导体部分加装绝缘护套以及尽量减小SPD引线长度的整改是很有必要的；加强接地网等电位连接以及加大风机与箱变接地距离的接地整改方式对低压侧过电压的有限制作用。
⑥箱变断路器上下侧裸露母排加装密封绝缘护套，增大SPD引线直径，缩短引线距离，增大避雷器通流量，可以承受更大的雷电流；增强箱变内部绝缘，在箱变设备接地连接处与风机基础接地装置连接处敷设高效防腐降阻剂或在风机接地网地下连接点与箱变连接点之间从多埋设两条扁钢均能有效降低雷击损毁设备风险。
参考文献
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