摘要：山东省济南山区某风电场集电线路在2012年夏季经常发生雷击跳闸事故，通过对集电线路雷击事故进行原因分析，提出在多雷山区风电场集电线路、电气设备采取的防雷措施。 关键词：风电场 集电线路 雷击 防雷措施
0 引言
截止到2012年8月，山东电网共有55座风电场，装机容量达到342.9万千瓦，最高发电负荷219.8万千瓦。根据“十二五”发展规划，预计未来风电行业仍将会保持高速发展，但风电场普遍存在比较容易遭受雷击等不利因素的影响，为打造电网友好性风电场，采取防范措施避免风电场雷击事故发生，确保风电场安全、可靠、稳定运行。
风电场集电线路是风电场主要组成部分，该风电场共六条集电线路，总长度为34.2公里，集电线路所径之处为旷野山脉，集电线路长，遭遇雷击的机率较大，雷击放电引起很高的雷击过电压，是造成线路跳闸事故的主要原因。据统计，雷击引起线路跳闸事故占该风电场事故的76%。雷害成为仅次于污闪影响风电场运行安全稳定运行的主要因素，因此，完全有必要研究并采取集电线路的防雷措施。
1 典型雷击事件描述
该风电场所处山东省济南地区，是雷电活动较为活跃，高土壤电阻率、地形复杂的山区。进入夏季后，该风电场集电线路发生多次雷击事故。最严重的一次雷击：2012年07月31日20时43分19秒921毫秒，该风电场35kV第V回集电线路0311开关过流I段保护动作出口，开关跳闸，第V回集电线路停运。由于故障时济南地区正在下雨，第V回集电线路巡检道路无法通过。风电场安排运检人员在8月1日早上对35kV第V回集电线路及所带风机、箱变进行逐一检查。8月1日上午对第V回集电线路进行检查，没有发现异常。对第Ⅴ回集电线路所带风机、箱变进行检查时发现501箱变内B相过电压保护器、502箱变内B相过电压保护器、503箱变内B相过电压保护器、506箱变内B相过电压保护器、510箱变内A相过电压保护器、511箱变内B相过电压保护器、512箱变内B相过电压保护器发生动作。与第Ⅴ回集电线路事故记录的时间吻合，其他箱变的过电压保护器均未动作。巡视第Ⅴ回集电线路，没有发现异常，集电线路避雷器没有雷击计数器，无法确认是否动作。检查站内设备，全部正常。对第Ⅴ回集电线路测绝缘，A相对地绝缘值：6兆欧，B相对地绝缘值：6兆欧，C相对地绝缘值：6兆欧，A—B相绝缘值：14兆欧，A—C相绝缘值：14兆欧，B—C相绝缘值：14兆欧。08月01日17时40分，第Ⅴ回集电线路送电成功，风机并网发电。
2 故障原因分析
2.1 从第V回集电线路开关0311保护装置记录看，是过流I段保护动作，动作电流28.04A，远大于过流I段保护定值I=15.7A，延时43ms保护正确动作出口跳开0311开关。据此推断第V回集电线路或所带箱变发生了短路故障。
2.2 从故障录波波形来分析：从35kV第V回集电线路电流波形来看：
故障时，A、B、C三相电流都同时升高，说明在第V回集电线路上发生了三相短路故障。
从35kV II母线电压波形来看：
故障时，35kVII母线电压A、B、C三相同时等幅降低，且波形对称，可以判断在第V回线集电路上发生了非金属性三相短路。
2.3 从现场检查情况来看：对第V回集电线路及箱变、风机逐一检查，未发现三相、相间及单相对地故障痕迹。第V回集电线路所带17台箱变中，从箱变的过电压保护器中记录的动作时间来看，有7台箱变的过电压保护在本次故障时动作。
综合以上分析，此次第V回集电线路0311开关跳闸的故障原因为雷击造成此集电线路上不同箱变的不同相别避雷器同时动作，导致出现三相非金属性短路，使得0311开关保护跳闸。
3 集电线路遭雷击的判别与防雷性能评价
3.1 通过几次雷击事故分析，雷击产生电磁感应所引起的感应雷过电压，遭受雷击概率最大的是杆塔地网接地电阻过高及避雷线保护角过大的线路。
3.2 防雷性能评价。集电线路防雷性能的优劣的重要指标一般有两个：一是线路雷击跳闸率，二是线路耐雷水平。
线路雷击跳闸率是指每100km线路每年（折算到40个雷暴日下）由雷击引起的线路跳闸次数，它是衡量线路耐雷性能的综合指标。线路耐雷水平越高，雷击跳闸率越低，说明线路的防雷性能越好。所以如何提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率是防雷设计中非常重要的工作。
线路耐雷水平是指雷击线路时，线路绝缘子不会发生闪络的最大雷电流幅值。低于耐雷水平的雷电流击于线路不会引起闪络，反之，则必然会引起闪络。集电线路雷电流超过线路耐雷水平引起绝缘子发生闪络冲击时，由于冲击闪络时间很短不会引起线路跳闸，但若在雷电消失后由工作电压产生的工频短路电流电弧持续存在，将引起线路跳闸。
4 防止集电线路遭雷击损坏的对策
当发生雷击事件时，为什么风机叶片或塔筒没有遭受雷击，而是集电线路频繁遭受雷击，大致计算，雷击风机叶片或塔筒，按三类防雷建筑物首次雷击的雷电流强度，电流I=100kA（10/350us），按照GB50057-94（2000）规定及计算方法，50%的雷电流流入风机基础地网，风机基础接地电阻为4欧姆（雷击时，实际冲击电阻会小一些）。为此，该风电场对数次雷击事故高度重视，邀请设计院、施工单位、当地气象局共同商讨应对方案：
4.1 提高集电线路耐雷水平。在多雷地区不易选择使用普通型合成绝缘子，由于合成绝缘子两端均压环短接了部分空气间隙，使其耐雷水平比同样安装高度的瓷绝缘子偏低。
采取对策：将原来的普通合成绝缘子更换为防雷绝缘子；采用陶瓷横担替代原镀锌铁横担。进一步提升集电线路的绝缘水平。
4.2 降低杆塔接地电阻。为了提高集电线路的耐雷水平，每个杆塔一般都应敷设接地装置，并与地线牢靠连接，以使击中地线或塔顶的雷电流通过较低的接地电阻泄入大地。
采取对策：对于部分位于山顶地势较高处杆塔或高土壤电阻率无避雷器的杆塔，可采用连接伸长接地体将每根杆塔的接地装置连接起来的措施，以形成一条低电阻通道，防止杆塔顶部的雷电场强发生畸变。
4.3 重新测量接地电阻，发现不符合规定的及时整改。检查接地引下线与接地装置的连接是否符合要求，安装是否规范、可靠。
4.4 完善避雷装置，定期进行避雷器预试验。风电场列入年度工作计划在3月份雷雨季节前加强对线路的巡视。并抽取易受雷击杆塔上的绝缘子进行耐压试验。
4.5 在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一条地线。一是加强避雷线与导线间的耦合，使线路绝缘上的过电压降低；二是增加了对雷电流的分流作用。尤其在山区的集电线路效果更为明显。
4.6 加装避雷针装置。根据当地气象部门的雷击统计和集电线路遭受雷击时箱变过电压指示仪显示，在第V回集电线路501号～506号风机处的集电线路杆塔为山顶的高位杆塔或山谷迎风口处杆塔遭受雷击的次数最多。
采取对策：在容易遭受雷击的重点区域加装避雷针装置，将雷电提前引入避雷针，保护集电电路正常运行。
4.7 对集电线路开关试送一次。当遭受雷击的情况下，保护动作跳闸，因地处山区，雷雨过后，上山道路无法通行，耽误设备恢复正常运行时间。
采取对策：发生雷击事件后，查看故障录波器装置，确认是因雷击事故造成开关跳闸，当雷击过后，可以先对跳闸的集电线路试送一次。当上山道路符合巡视条件时，再对集电线路加强巡视和检查。
除此之外，可以在易遭受雷击的线路集中区域通过填充降阻剂或置换接地体附近小范围内高电阻率土石以降低接地电阻等等。
5 结束语
为提高集电线路的防雷性能，降低集电线路的雷击跳闸率，应充分考虑当地地形、地貌特点、土壤电阻率的高低、气象及线路运行等各方面的情况，根据技术经济比较结果，然后采取相应的防雷措施。在平时运行维护工作中，加强防雷装置和接地装置的运行维护、定期检查和测量，保证风电场的安全稳定运行。
参考文献：
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[2]雷渊，王建宏.浅谈10kV架空线路的防雷措施.
[3]李明贵.广西架空输电线路防雷现状及对策.