风电场集电线路防雷措施分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：刘艳（1980），女，汉族，陕西周至人，研究生，高级经理，研究方向为电力生产企业安全生产管理。-112-风电场集电线路防雷措施分析 刘 艳 邓 涛 毕 灵 贾世迎 王 楠 云南滇能智慧能源有限公司云南电投绿能科技有限公司，云南 昆明 650228 摘要：摘要：风能作为一种蕴藏量较大的清洁能源，具有很大的开发价值。然而，风电场在运行过程中很容易受到外界天气和环境影响，尤其是雷击会直接导致整体电路跳闸。因此，发电企业要重点开展风电场集电线路防雷工作，保证集电线路的稳定性和可靠性。基于此，本文首先论述了风电场集电线路形式及特点，然后讨论了应用风电场集电线路防雷措施的必要性，最后针对当前存在的雷电侵害风险，提出了几点防雷措施，以供参考。关键词：关键词：风电场；集电线路；防雷措施 中图分类号：中图分类号：TM614 0 引言 随着我国经济水平的不断提高，清洁能源受到社会的广泛关注，越来越多的清洁能源被应用于电力生产过程中，其中风能已成为我国重要的电能来源。通过调查可以发现，风电场的集电线路处于露天环境中，且所处区域会发生较强的雷电活动。因此，风力发电企业要重视风电场集电线路防雷工作，结合雷电风险提出针对性措施，保障电力供应的稳定性。1 风电场集电线路形式及特点 风电场集电线路是将风力发电机组产生的电能从风电机组传输到变电站的系统。在风电场中，常见的集电线路包括架空集电线路和电缆集电线路两种，它们各自具有独特的形式和特点1。在选择架空集电线路还是电缆集电线路时，发电企业需要考虑风电场具体的场地情况、经济性、环境影响以及维护成本等因素，以确保集电线路能够安全可靠的运行。架空集电线路通常由一系列的电缆和导线组成，这些导线安装在电缆架、杆塔或横梁上。导线的形状和结构可以根据实际需求和环境条件而变化，可以是导线束或单独的导线。架空集电线路具有很多优点，首先可见性高，架空集电线路的结构相对明显，易于检查和维护。第二散热性好，空气可以有效冷却导线，降低线路温度，有助于提高导线的输电能力。第三抗风能力强，架空集电线路通常能够较好地抵抗风力，比较适用于风电场的复杂环境。电缆集电线路采用电缆作为导体，这些电缆被安装在地下，电缆通常包括绝缘层和护套，以提供对导体的保护。电缆集电线路同样有很多优点，首先其电缆线路不像架空线路那样显眼，可以更好地融入周围环境，提高景观美观度。第二对环境影响小，由于埋在地下，电缆线路受到的环境影响相对较小，不易受到恶劣天气和外部干扰的影响。2 应用风电场集电线路防雷措施的重要意义 雷击是致使集电线路出现跳闸问题的主要原因，而风电场集电线路防雷措施能够有效解决雷击带来的问题，为风电场电力供应提供保障。首先，雷电是一种强大而不可预测的自然现象，可能对风电场的电气设备造成严重的损害。集电线路作为将风力发电机组产生的电能传输到变电站的关键部分，若不采取有效的防雷措施，雷击可能导致设备故障、损坏或提前老化，影响发电系统的正常运行2。其次，集电线路的故障可能导致整个风电场的停运，从而影响发电效率和能源产出。通过采用合适的防雷措施，可以提高集电线路的抗雷能力，减少由于雷击引起的系统故障风险，进而提高风电场的系统可靠性和稳定性。第三，集电线路通常跨越较大的区域，涉及人员和设备的安全，雷电可能导致火灾、爆炸等严重安全问题。而采取防雷措施能够有效保障人员和设备的安全，为电力供应提供安全环境。第四，集电线路故障的修复和维护成本较高，特别是更换受损的设备或电缆。而在初期投资中应用防雷设施，可以降低后期的维护成本，延长设备的使用寿命，提高风电场的经济适用性。最后，许多国家和地区都有相关的法规和标准，要求风电场在运行过程中必须采取防雷措施以确保系中国科技期刊数据库 工业 A-113-统的安全和可靠性。遵守这些法规和标准不仅有助于保障风电场的运营合规性，还有助于提升其整体经济效益。总的来说，应用风电场集电线路防雷措施，能够保障系统安全运行，提高供电可靠性，促进风能这一清洁能源的可持续性应用。3 风电场集电线路存在的雷电侵害风险 首先，雷电可能直接击中风电场集电线路的架空导线、电缆或设备，导致设备的严重损坏或烧毁，设备损坏不仅影响发电场的正常运行，还会产生昂贵的维修和更换成本。第二，即使集电线路未直接被雷击，雷电也可能在附近引起电磁脉冲，通过感应或传导的方式对集电线路产生间接的影响，导致电缆中的电信号出现干扰、电磁兼容性问题，甚至在极端情况下引起设备的故障。第三，雷击可能引发设备或集电线路附近的火灾或爆炸，这对于风电场来说是极为危险的，因为风力发电机组通常分布在辽阔的区域中，火灾和爆炸可能导致难以控制的后果，危及人员安全、造成环境污染，并导致重大经济损失。最后，雷击导致的设备损坏或系统故障可能迫使风电场停运，影响发电效率和能源产出，停运期间的损失不仅包括修复设备的费用，还包括因停电而无法产生电能的损失3。4 风电场集电线路防雷措施 4.1 结合风电厂自身供电需求增设线路防雷装置 为了有效提高风电场集电线路的防雷效率，首先在风电场集电线路的设计阶段，发电企业设计人员应考虑加入专门的防雷系统，合理规划设备的布局、引入避雷针、接地装置和其他防雷设备。其次，发电企业应当在关键设备、变电站和集电线路的末端等位置引入避雷器，用于吸收和释放雷电能量，减少雷电对设备的直接影响，避雷器的高度和位置应根据具体地理条件和工程要求进行合理设计4。第三，发电企业要积极引入先进的防雷设备、自动化装置等，例如在风电场集电线路中引入自动重合闸装置，不仅能够减少发电损失，还可以减少人力资源消耗，有效提高集电线路的防雷性能。最后，发电企业工作人员在选择和应用防雷设备时，要遵循相关的标准和规范，确保设备的性能和质量符合要求。总体而言，发电企业在思考风电场集电线路防雷措施时，需要综合考虑设备布局、地理条件、气象特点等多方面因素，密切关注行业的最新技术和标准，及时更新和升级防雷设备，这是确保风电场运行安全性的重要手段。4.2 改进接地装置，降低接地电阻 在风电场集电线路的设计中，设计人员要合理布局接地装置，确保它们分布均匀，能够有效地覆盖整个风电场，综合考虑设备的位置、地形、土壤特性等因素，选择合适的位置进行接地。其次，接地装置的导体材料是影响接地电阻的关键，设计人员要选择导电性能好的材料，如铜或铝，通过增加导体长度、使用导电性能更好的材料，或者增加接地装置的数量来保障电阻的适配性。第三，发电企业要建立综合接地系统，使雷电能够迅速、安全地通过设备引流，防止电压过高对集电线路造成损害。值得注意的是，集电线路的接地系统最好能够埋设在较深的土壤中，至少低于地面 60cm 处。为加强接地装置的应用效果，工作人员可以将接地引下线进行表层防腐处理，从而有效弱化雷击对输电线路的伤害，进一步保障风电场集电线路的运营稳定性5。最后，发电企业施工人员在安装过程中要严格遵循安装标准，科学执行接头、截面测量等流程，如在安装过程中发现问题要及时修整。这样一来，可以提高风电场集电线路的防雷效率，有效降低线路绝缘过电压，确保风电场集电线路的运营安全。4.3 进行集电线路绝缘操作，改善线路的抗雷击水平 为有效提高风电场集电线路的抗雷击水平，首先在设计集电线路时，选择具有良好绝缘性能的材料是关键。常见的材料包括聚乙烯、交联聚乙烯等，这些材料能够有效隔离电缆导体，减少雷电冲击的影响。其次，工作人员在进行电缆线路布置时，要避免与其他设备或线路过于靠近，尽量进行物理隔离，在关键位置增加避雷器的数量，特别是在线路起始点、终点和转角等容易受雷击影响的位置，以此为基础提高防雷效果，分散雷电冲击。第三，相关工作人员应当在雷击频发的线路上安装绝缘子，以此为基础降低雷击对线路造成的损害。同时工作人员要积极开展绝缘子检查工作，如果发现绝缘子破损或绝缘下降，要及时更换处理。最后，在风电场的集电系统中，工作人员要在关键位置设置避雷带，为强化横担的导电性能，可以使用镀锌横担材料，以提高整个系统的绝缘水平。中国科技期刊数据库 工业 A-114-这样一来，可以有效提高风电场集电线路的防雷效率，降低雷电对电缆系统的损害风险。4.4 对集电线路展开定期检查和巡视 为了提高风电场集电线路的防雷效率，发电企业相关工作人员需要进行定期的巡视、检查和维护，确保防雷效果的持续优化。发电企业在开展线路雷击专项巡视的过程中，工作人员首先要制定详细的线路雷击专项巡视计划，包括巡视的频率、巡视的范围和巡视的具体内容，计划应充分考虑线路的特点和风电场的实际情况6。其次是开展巡视设备检查，工作人员要检查避雷器、接地设施、绝缘子等设备的状态，确保这些设备没有损坏、老化或者存在其他缺陷，保障其正常工作状态。第三，工作人员要仔细检查避雷线的布局是否合理，是否与电缆路径平行，并确保避雷线没有断裂、腐蚀等问题，第四，工作人员要对电缆绝缘层进行检查，确保绝缘层没有受到外界环境的损害。特别是在恶劣天气条件下，绝缘层容易受到损害，需要加强检查，检查线路是否与其他设备或线路有足够的物理隔离，防止雷电冲击的传导。最后，工作人员应当记录巡视过程中发现的问题，包括设备损坏、绝缘破损等情况，并制作巡视报告。4.5 结合实际定期维护，延长集电线路的使用寿命 首先，发电企业在思考风电场集电线路的防雷措施时，不仅要考虑建设阶段，还要针对后期的监测和检测制定维护计划，包括设备更换、维修和升级的周期，以确保设备的正常运行。其次，发电企业应当根据设备寿命和存在的问题，定期更换避雷器、绝缘子等设备，防止设备老化影响其工作效果。值得注意的是，发电企业工作人员应当定期清理线路周围的杂草、故障物等，确保线路和设备能够正常通风，并减少外部因素对线路的影响。第三，为保障维护的科学性和有效性，发电企业要定期开展培训活动，确保维护人员具备足够的技能和知识，能够有效地进行设备的维护工作。这样一来，可以全面提高风电场集电线路的防雷效率，减少雷击对电缆系统的影响。同时，还可以及时发现和解决风电场集电线路中存在的问题，保障风电场能够安全运行。4.6 引入雷电监测定位系统进行雷击定位，提高处理效率 通过调查可以发现，雷电定位系统具有较强的自动化定位能力，能够在成本允许的情况下对雷击进行准确定位。因此，在风电场集电线路的防雷过程中，引入雷电监测定位系统是一种有效的手段，可以有效提高风电场集电线路的防雷效率。首先，发电企业工作人员要选择经过验证适用于风电场环境的雷电监测定位系统，这一系统一般由雷电感应器、GPS 定位、数据传输设备等组成，能够实时监测雷电活动并定位雷击位置。其次，工作人员要结合实际展开系统布局和部署，确定监测系统的布局，以覆盖整个风电场的集电线路，布置雷电感应器，使其能够有效捕捉雷电信号，并通过 GPS 系统获取准确的雷击位置信息。第三，工作人员要利用雷电定位系统进行实时数据监测，通过系统接收和分析雷电信号，能够快速检测到雷击事件，并迅速传递信息至监测中心。然后工作人员要将雷电监测定位系统集成到风电场的监控和控制系统中，这样，当监测到雷电事件时，系统能够自动触发相关控制操作，例如跳闸保护。值得注意的是，工作人员要制定自动化控制策略，使得在监测到雷电事件后，系统能够自动锁定受影响的集电线路，并触发相应的跳闸保护措施。第四，发电企业要确保雷电监测定位系统能够支持远程监控和操作，这样，运维人员可以在需要时随时查看系统状态、收到警报，并采取远程控制措施，提高故障处理的效率。与此同时，系统应当具备数据记录和分析功能，以便工作人员对雷电活动进行历史性分析，通过分析历史数据，可以更好地了解雷电发生的规律，并进行相应的预防措施。最后，发电企业要加强系统维护和校准工作的重视，通过定期的检测和维护，确保监测设备的准确性和高效性。总的来说，引入雷电监测定位系统可以提高风电场集电线路的雷击定位精度，及时锁定雷击跳闸的故障点，从而提高雷击跳闸故障处理的效率。5 结束语 总的来说，风电场集电线路防雷工作是确保风力发电系统安全可靠运行的关键，由于雷电环境的复杂性和不确定性，防雷工作仍然是一个具有挑战性的任务。因此，发电企业可以进一步优化防雷技术，提高其适用性和可靠性，并结合实际工程经验选取合适的中国科技期刊数据库 工业 A-115-防雷设备，有效降低风电场的风险，以确保风电场集电线路在雷电天气中能够稳定、安全地运行。参考文献 1刘守豹,李宜,方圆,童理,韦昌伟,杨剑,李欣.风电场 35kV 集电线路用混合电阻片避雷器研究J.电瓷避雷器,2021(06):56-63.2王颖.风电场集电线路主要故障及处理J.福建水力发电,2021(02):40-41.3郭祥芹,高坤.风电场集电线路杆塔雷击因素与防雷接地保护策略J.集成电路应用,2021,38(10):112-113.4 王 凡 武,康 磊,张 书 晗,缪 翔 平,朱 继 新.关 于 高 原 风 电 场 集 电 线 路 防 雷 研 究 J.云 南 水 力 发电,2021,37(09):122-125.5张学威.风电场集电线路雷击事件分析及防雷策略J.中国设备工程,2020(22):152-153.6张家伟.风电场 35kV 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