中广核（福建）风力发电有限公司福州市 350000
摘要：能源结构的调整，新能源在电力装机中占比越来越大，截至2019年底，福建省风力发电装机占总容量比重已达到6%。但福建沿海人地矛盾突出，风力发电作为现有成熟的传统能源替代方案，“上山、下海”成了发展的主流。山地风电场架空集电线分为架空集电线路和地埋电缆两种。目前普遍采用架空集电线路，架空集电线路因暴露于自然环境当中，极易遭受雷击，防止架空输电线路遭雷击断线或跳闸是山地风电场稳定运行的一个亟待解决的问题。本文主要通过对架空线路的防雷深入分析探讨，并结合作者在山地风电建设和生产运维防雷实践经验，提出相应的解决策略。
关键词：山地风电场；架空集电线路；防雷治理
一、雷击分类
雷击的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以及电磁效应，雷击的种类主要有:
（一）直击雷
直击雷又分为反击和绕击：
1.反击：雷击杆塔顶端和避雷线形成的雷过电压，主要与绝缘强度和杆塔接地电阻有关，通常发生在绝缘弱相。
2.绕击：雷电绕过避雷线直接击中导线而出现的雷过电压，主要与雷电流幅值,线路防雷保护方式,杆塔高度,特殊地形有关,主要发生在两边相。
（二）感应雷
雷电感应分为静电感应和电磁感应两种：
1.静电感应是由于雷云接近地面，地面凸出物顶部感应生成大量异性电荷。雷云与其他部位放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，以雷电波形式，沿突出物极快地传播。
2.电磁感应是由于雷击后，巨大雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场，这种磁场能在附近的金属导体上感应产生很高的电压，电流通过线路侵入变电站或袭击电气设备，在设备上形成过电压,从而损坏电气设备。
（三）雷电侵入波
雷电冲击波是由于雷击,在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。其传播速度为3×108m/s。雷电可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜入低压，造成严重的触电事故。
加强输电线路防雷，不但可以减少由于雷击线路引起的断线、跳闸次数，还可以有效保护变电站内电气设备的安全运行，是维持电力系统持续、可靠供电的重要环节。
二、架空线路的遭雷击原因
架空线路遭雷击主要原因有三种：①设计原因；②施工原因；③维护原因；④质量原因。
1、设计原因
1.山区海拔落差大、杆塔间档距大，存在着保护角偏大、避雷线对导线屏蔽效果差等问题；
2.高山土壤电阻率偏高，目前设计多采用杆塔四脚敷设接地线方式，因接地过线长，附加的电感相应的增大，雷击时，塔顶的电位相对较高，更易遭雷击；
3.设计未考虑集电线路周边线路影响，在密集的电路环境下，遭雷击的频率更高。
（二）施工原因
集电线路杆塔四角接地施工是一项隐蔽工程，实际施工过程中，受地形限制，很难做到与施工图一致。如监督管控未到位，施工管控过程中只作表面查检，易出现偷工减料等影响线路耐雷水平的现象，阻值达不到设计要求。
（三）维护原因
1.集电线路长期暴露于恶劣的自然环境，不断老化，造成线路接地电阻普遍偏高。
2.接地线受腐蚀，年久失修、残缺不全等致使接地电阻的逐年增加。
3.运行线路上绝缘子，长期处在交变的电场中，绝缘性能会逐渐下降。
（四）质量原因
使用不合格的避雷线、接地线、避雷器和绝缘子。
三、线路耐雷影响因素
线路遭雷击时，直击雷危害最大，主要影响集中在线路铁塔。雷击塔顶时反击耐雷水平的计算公式为：
通过公式可知，雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数β、杆塔等值电感 、杆塔接地电阻 、导地线间的耦合系数 和绝缘子串的50%冲击闪络电压 有关。
对一般高度的杆塔，增大导线间的耦合系数 ，可以减弱绝缘子串上的电压，提高耐雷水平；另一方面增加绝缘子片数，增大线路 冲击闪络电压，同样也可以提高耐雷水平。对绝缘子串两端电压影响最大是接地电阻上的压降，降低杆塔接地电阻 可以有效地提高线路的耐雷水平。
四、防雷主要技术措施
高压架空线一般由高压输电线、杆塔本体、避雷线、绝缘子、避雷器及接地装置组成。对于35kV线路防雷工作，应该按照：多层设防、侧重重点、因地制宜、经济投资的原则，防止雷电波侵入，提高线路耐雷水平。
（一）全线架设避雷线
根据电压等级，35kV及以下输电线路一般不采取全线架设避雷线措施。但对于地处沿海高雷暴地区的风电场，35kV集电线路通常采用全线OPGW架设，相应改善接地或提高全线的绝缘水平防止感应雷。避雷线主要作用是：
1.接闪作用，防止雷直击导线；
2.雷击塔顶时，分流雷电流，降低塔顶电位；
3.对导线的耦合作用，降低雷击杆塔时塔头绝缘(绝缘子串和空气间隙) 上的电压；
4.对导线的屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。
架设避雷线的技术要求：
1.杆塔上避雷线对边导线的保护角越小,其遮蔽效果也越好,一般采用20°左右,山区单避雷线，线路采用25°左右，如双回同塔线路,应架设双避雷线。
2. 双回同塔线路杆塔两根避雷线之间的距离,不应超过避雷线与导线间垂直距离的5倍。
3.线路档距中央导线与避雷线间的最小距离，按雷击档距中央避雷线时不使二者间的间隙击穿来确定。一般档距，根据《电力设备过电压保护设计过程SDJ- 79》推荐的经验公式计算：
S1=0.012L+1
式中：S1——导线与避雷线间的距离（m）；
L——档距(m) 。
（二） 降低杆塔接地电阻
对于一般的杆塔，降低接地电阻，是集电线路抗击雷电、防止跳闸事故的最直接、最经济、最有效的措施之一。接地电阻阻值的高低是影响杆塔顶电位高低的关键性因素。杆塔接地电阻如果过大，雷击时易使杆塔顶电位升高，对线路产生反击。土壤电阻率与接地装置埋设深度及接地电阻应符合表1要求：
表1 土壤电阻率与接地装置埋设深度及接地电阻
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福建山地土壤电阻率多不超过100Ω•m，结合风力发电场设计、施工、运行经验，有以下几种降阻方式：
1.采用敷设放射形接地线，但放射形接地线的敷设距离不宜过长，或采用敷设环形接地线方式增大接触面积的达到降低电阻的目的。
2.使用价廉、腐蚀性弱的盐类或电阻率较低的物质与土壤相混合，将其埋于接地体附近，降低土壤电阻率。
3.安装引外接地体，把接地体敷设在土壤电阻率较低的地区，或采用装设垂直接地极的方式。
根据实际运行效果，35kV集电线路杆塔接地电阻不宜超过10Ω，终端塔接地电阻不宜超过4Ω。
（三）安装线路型避雷器
实践表明，避雷线的防雷效果在平原地区很好，但在山地，受地形、地貌的影响，经常出现绕击、侧击等现象，导致避雷线屏蔽作用失效。通过运行实践证明在线路上安装线路型复合外套金属氧化物避雷器，可以极大地提高架空输变电线路的抗雷击性能，降低线路雷击跳闸率。中广核安溪龙门风电场35kV架空集电线路路，自2019年完成线路加装避雷器改造后，运行至今情况良好，未发生雷击跳闸事迹，有力的保障了线路运行的安全与可靠性。
（四）加强线路绝缘
通过增加绝缘子串片数，提高架空输变电线路的防雷性能。绝缘子片数越多，线路耐雷击的能力也越强。但是，绝缘子片数的增加受杆塔塔头结构及投资的限制，一般杆塔只可以增加2～3片。另外,增加绝缘子片数对改善线路整体的防雷效果不是十分明显。
五、加强架空集电线路的运行维护及检查
（一） 加强线路巡检
新线路投入运行后，受线路运行温度和自然气候影响，杆塔接线会发生松动，基础也会受地形影响发生沉降。这些原因都会使杆塔发生倾斜，致使导线、避雷线的弧垂发生变化，因此应定期对导线、避雷线的弧垂进行检查，发现超过误差标准应进行调整。
（二）定期开展接地电阻测量
每年雷雨季节前，应对每基杆塔的工频接地电阻进行测试，其值不超过10Ω的设计值，超过时应延长接地装置的接地圆钢，或打接地角钢，使接地电阻值达到标准要求。
（三）开展绝缘子检测
每年应结合预防性试验，进行一次停电登塔检查，清扫绝缘子片，发现有放电、击穿的绝缘子应进行更换。对运行多年的绝缘子应在停电的情况下，用不低于5000V的兆欧表进行测定，当绝缘子的绝缘电阻小于500MΩ时，即认为绝缘子不合格，应进行更换。
六、 结论
影响架空集电线路雷击断线或跳闸的因素很多，要从优化设计开始，紧盯施工过程验收，强化生产维护和检查三个方面综合治理。已建成的集电线路防雷改造前，须认真调查分析，因地制宜，充分了解风电场地理、气象及线路运行等各
参考文献
[1]中国电力企业联合会：《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》，中国计划出版社，2016；
[2]原中华人民共和国电力水利部：《电力设备过电压保护设计技术规程》，1979；
[3]韦宝新：《浅谈35kV架空输电线路防雷措施》， [J]，电力讯息，2017，216～217。
作者简介：蒋智航（1990年3月-），男，福建省莆田市，中广核（福建）风力发电有限公司，助理工程师，本科，主要从事风力发电建设和运维工作。联系电话：15260879225，地址：福州市鼓楼区五四路118号三盛国际25A