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風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)升壓站雷擊事故分析及防雷措施

徐元?jiǎng)?br/>（四川省能投會(huì)東新能源開(kāi)發(fā)有限公司，四川 會(huì)東 615200）

雷電對(duì)電力設(shè)施破壞很大，電力系統(tǒng)的防雷是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，既要防直擊雷、防感應(yīng)雷，又要防雷電侵入波。以四川省會(huì)東縣某風(fēng)電場(chǎng)110 kV升壓站遭受雷擊為例進(jìn)行雷擊事故原因分析，并應(yīng)用桿塔接地降低電阻、安裝碳化硅普通閥式避雷器或金屬氧化物避雷器和加強(qiáng)管理等防護(hù)措施效果明顯。

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)；升壓站；雷擊事故；原因分析；防雷措施

0　引言

四川省會(huì)東縣位于四川省的西南部，在涼山彝族自治州最南端，年平均雷暴日數(shù)達(dá)68 d，屬于多雷地區(qū)。在2016年5月，會(huì)東縣**風(fēng)電場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)電場(chǎng)）遭受雷擊輸電線路導(dǎo)線，雷電波沿導(dǎo)線侵入到升壓站35 kV母線，造成一臺(tái)800 kVA的廠用三相干式接地變壓器高壓側(cè)A相燒壞以及多只集電線路避雷器爆炸，并造成部分低壓電器損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)30萬(wàn)元。雷擊造成風(fēng)電場(chǎng)停產(chǎn)2 d，間接經(jīng)濟(jì)損失電量100萬(wàn)kW·h。

1　雷擊事故分析

1.1風(fēng)電場(chǎng)概況

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址位于魯南山脈山脊地帶，山脊呈東北—西南走向，地勢(shì)較開(kāi)闊、山脈起伏相對(duì)較小，海拔高度2 800～3 050 m，風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)度約9.5 km，平均寬度約1 km，面積約10 km2。風(fēng)電場(chǎng)于2014年7月新投產(chǎn)33臺(tái)1.5 MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量49.5 MW。每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)箱式變電站升壓至35 kV后，經(jīng)三條集電線路接入風(fēng)電場(chǎng)110 kV升壓站35 kV母線，后經(jīng)主變升壓到110 kV 以1回110 kV出線接至電網(wǎng)。110 kV采用變壓器線路組接線，35 kV母線采用單母線接線，35 kV集電線路全線采用一條地線和一條OPGW光纖防雷，升壓站設(shè)2只避雷針，場(chǎng)用電以一臺(tái)35 kV接地變兼場(chǎng)用變方式供電。以一條集電線為例原設(shè)計(jì)接線方式如圖1所示。

1.2雷擊事故原因

當(dāng)雷直擊在升壓站電力設(shè)備上將產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓；而雷擊線路桿塔和避雷線可造成絕緣子串、塔頭空氣間隙和避雷線與導(dǎo)線間空氣間隙閃絡(luò)，形成對(duì)導(dǎo)線的反擊；雷電波沿輸電線路侵入到升壓站電力設(shè)備上，產(chǎn)生侵入雷電波過(guò)電壓，其幅值很高，會(huì)造成電力設(shè)備損害。雷擊的具體表現(xiàn)如下：

1.2.1直擊雷過(guò)電壓

雷直擊在升壓站戶外電力設(shè)備上，將產(chǎn)生幅值很高的直擊雷過(guò)電壓，其值將超過(guò)電力設(shè)備（主要為35 kv及以下設(shè)備）的耐雷水平，而當(dāng)雷直擊（無(wú)避雷線線路）和繞擊（有避雷線線路）輸電線路導(dǎo)線，將產(chǎn)生過(guò)電壓，形成強(qiáng)大的雷電流。防直擊雷主要是采用避雷針或避雷線。影響避雷針與避雷線的保護(hù)范圍主要與避雷針的高度、配電設(shè)備的高度有關(guān)。線路的繞擊率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及該地區(qū)的地形、地貌有關(guān)［1］。

1.2.2感應(yīng)過(guò)電壓

雷擊線路桿塔或附近的避雷針、避雷線以及附近大地時(shí)，由于靜電感應(yīng)，在架空導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。其最大值可達(dá)300～400 kV，一般對(duì)35 kV及以下線路的絕緣有一定的威脅。因此避雷針、線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離35 kV及以下電壓等級(jí)的配電裝置，以降低感應(yīng)過(guò)電壓發(fā)生的概率。

1.2.3雷電反擊過(guò)電壓

雷擊架空線路避雷針、線、桿塔頂部或其他建、構(gòu)筑物時(shí)，將引起接地網(wǎng)沖擊電位升高，造成對(duì)電氣設(shè)備的反擊，產(chǎn)生反擊過(guò)電壓。它與雷電流幅值、地網(wǎng)沖擊電阻、引流點(diǎn)位置、桿塔型式、高度和設(shè)備充電回路時(shí)間常數(shù)有關(guān)。

1.2.4侵入雷電波過(guò)電壓

雷擊線路時(shí)，雷電波沿導(dǎo)線侵入到升壓站電力設(shè)備上，產(chǎn)生侵入雷電波過(guò)電壓。其幅值與升壓站進(jìn)線保護(hù)段耐雷水平、導(dǎo)線電暈衰減、雷擊點(diǎn)距升壓站的距離以及升壓站接線、運(yùn)行方式有關(guān)。應(yīng)采取措施防止或減少近區(qū)雷擊閃絡(luò)［2］。

因此，過(guò)電壓對(duì)電力設(shè)備的絕緣將造成很大的傷害，當(dāng)過(guò)電壓超過(guò)電力設(shè)備耐壓水平時(shí)，易引發(fā)絕緣損壞。而雷電流產(chǎn)生的電動(dòng)力與電熱是造成電力設(shè)備破壞的主因。若不采取防護(hù)措施，勢(shì)必造成電力設(shè)備和人身傷害事故。

圖1　原設(shè)計(jì)接線方式

2　存在的問(wèn)題

2.1架空線路連接處未裝設(shè)避雷器

與架空線路采用電纜連接時(shí)，當(dāng)其長(zhǎng)度超過(guò)50 m時(shí)，應(yīng)在其兩端裝設(shè)閥式避雷器或保護(hù)間歇；長(zhǎng)度不超過(guò)50 m的電纜，只在任何一端裝設(shè)即可。而該升壓站的35 kV單芯電纜長(zhǎng)度為165 m，顯然需在其兩端裝設(shè)閥式避雷器或保護(hù)間歇。而與架空線路連接處未裝設(shè)避雷器，導(dǎo)致雷電波侵入升壓站，造成場(chǎng)用變壓器燒壞，是導(dǎo)致這起事故的直接原因。

2.2避雷器性能降低

每條集電線路距升壓站2 km范圍內(nèi)，接地電阻需小于10 Ω。該風(fēng)電場(chǎng)每基桿塔工頻接地電阻達(dá)23.5 Ω，其接地電阻過(guò)大，而且風(fēng)電場(chǎng)至投產(chǎn)以來(lái)，未對(duì)集電線路上的避雷器做預(yù)防性試驗(yàn)，特別是在雷雨季節(jié)到來(lái)前，需檢查避雷器的性能。這次雷擊造成多只集電線路避雷器爆炸，是與避雷器性能降低有關(guān)。在雷擊時(shí)避雷器不能及時(shí)泄放雷電能量，致使雷電波侵入升壓站，是導(dǎo)致這起事故的間接原因。

3　防護(hù)措施和解決方案

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，提出以下解決方案。

3.1進(jìn)線段防護(hù)

當(dāng)線路上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，將有雷電波沿導(dǎo)線侵入升壓站，其幅值較高。而線路的耐雷等級(jí)比升壓站設(shè)備的耐雷等級(jí)要高很多。因此，在接近升壓站進(jìn)線的2 km范圍內(nèi)加裝避雷線或者在進(jìn)線段敷設(shè)電磁耦合地線是防雷的主要措施。該風(fēng)電場(chǎng)全線架設(shè)避雷線，可以滿足要求。但進(jìn)線段2 km范圍內(nèi)的桿塔接地電阻過(guò)大，不能及時(shí)泄放雷電流，需將進(jìn)線段2 km范圍內(nèi)的桿塔接地電阻降低到10 Ω以下［3］。

3.2雷電侵入波防護(hù)

防止雷電侵入波對(duì)升壓站的破壞，主要是在進(jìn)線上安裝碳化硅普通閥式避雷器或金屬氧化物避雷器。普通閥式避雷器是靠間隙自然滅弧，工頻續(xù)流小，一般在80 A左右；而金屬氧化物避雷器一般是無(wú)間隙避雷器，它沒(méi)有滅弧與工頻續(xù)流，是采用金屬氧化物電阻片，具有優(yōu)異的伏安特性，電阻片單位體積吸收能量大，還可并聯(lián)使用，使能量吸收能力成倍提高。因此將集電線路進(jìn)線單芯電纜連接改為兩端接地，并在一端接地線上裝設(shè)保護(hù)間歇（FC）；且在與架空線路連接處增設(shè)金屬氧化鋅避雷器（F3）防止雷電波的侵入，連接方式如圖2所示。

圖2　雷電侵入波防護(hù)連接方式

3.3加強(qiáng)管理

在雷雨季節(jié)來(lái)臨之前對(duì)集電線路的所有避雷器做預(yù)防性試壓，檢查避雷器性能。考慮風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力季節(jié)性特點(diǎn)，可在每年枯風(fēng)季節(jié)檢查避雷器性能；或者在每只避雷器處安裝在線監(jiān)測(cè)裝置，并加強(qiáng)巡視檢查，發(fā)現(xiàn)有損壞的避雷器時(shí)，做到及時(shí)更換。

4　結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)的防雷是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，既要防直擊雷、防感應(yīng)雷，又要防雷電侵入波；而雷電對(duì)35 kV及以下的電力設(shè)施破壞很大，35 kV系統(tǒng)在配電中運(yùn)用廣泛；升壓站又是電能輸送中必不可少的一環(huán)，如果發(fā)生雷擊停電事故，將造成嚴(yán)重影響。因此在電力建設(shè)中，必須加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工管理，從源頭上做好防雷措施；并加強(qiáng)運(yùn)維管理，保證升壓站設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］張小青.建筑防雷與接地技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2003.

［2］袁志鑫.變電所防雷接地［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008，18（2）:222-223.

［3］中華人民共和國(guó)電力部.DL/T620-1997，交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.北京：中國(guó)電力出版社，1997.

TheAnalysis of LightningAccident on Wind Farm Booster Station and Lightning Protection Measures

XU Yuan-gang
（Sichuan Province Energy Investments Huidong New Energy Development Co.Ltd.，Huidong，Sichuan 615200，China）

Lightning make great damage to power facilities，Lightning Protection is a comprehensive systems engineering in power system.The Lightning Accident analysised by author，which had happened in Sichuan Huidong County 110KV wind farm booster station，shows that making the tower grounding to reduce resistance，installing ordinary silicon carbide valve lightning arrester or metal oxide lightning arresters and strengthening the management can get a significant consequence.

wind farm booster station；lightning；accident；lightning protection

TM614；TM862

A

1673-1891（2016）02-0043-02

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.02.013

2016-05-18

徐元?jiǎng)偅?970—），男，四川眉山人，學(xué)士，工程師，研究方向：風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)管理。