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风力发电场集电线路优化改造研究及应用付志明

发表时间：2020/8/7 来源：《基层建设》2020年第10期作者：付志明

[导读] 摘要：发展风电等可再生能源，是我国乃至世界清洁低碳能源的发展方向，是近期国家大力扶持的重点发展项目。

        哈拉海风电场黑龙江齐齐哈尔 161000
        摘要：发展风电等可再生能源，是我国乃至世界清洁低碳能源的发展方向，是近期国家大力扶持的重点发展项目。现阶段电力企业为了减少风电场架空集电线路出现跳闸的次数，保证线路设备可以尽可能少地受到过电压和短路电流出现的情况，已经开始不断地采取措施来对施工过程中可能导致出现事故的原因进行了分析，并针对恶劣施工条件下，风电场施工人员对对线路巡视的次数进行了明确的规定，在保证风力发电场集电线路工程质量的前提下减少了劳动的强度，帮助提高了整个工程的运行效率。
        关键词：风力发电；集成线路；优化改造
        引言
        最近两年，非化石能源占一次能源消费总量的比重要达到 15%左右。由此可见，风力发电的作用非同一般。随着全球能源和气候问题的日益凸出，可再生能源在我国得到了迅猛的发展，其中风能作为一种技术较成熟，具备规模化和商业化发展前景的可再生能源技术，其装机容量在近十年来一直保持着快速增长的趋势，因此风电场的安全运行问题受到了广泛的重视。由于风电机组的高度较高，且一般装建于空旷的区域或高海拔山区，这些地区的雷电活动通常较为频繁，随着风电场规模的不断扩大，场区内的风电机组和集电线路也越来越多，雷击造成的威胁越来越大，因此如何减少雷击对风电场造成的影响成为了我国目前研究的热点。目前国内外学者针对风电机组防雷措施的研究较多，并提出了很多抑制措施。但是除风电机组外，风电场内的集电线路也容易遭受雷击，尤其是对于建设于山区的风电场，集电线路通常采用架空输电线，这导致杆塔海拔相对比较高，遭受雷击的概率大大增加，由于山区内的土壤电阻率较高，雷电流泄放入地时可能会导致地电位反击，产生雷击过电压，雷击过电压有可能会顺着集电线路流入风电机组，对风电机组的高压设备和附属设施的安全运行造成严重的威胁。因此，研究风电场内集电线路雷击过电压及其防护措施对风电场的安全稳定运行具有很大的意义。
        1研究的背景
        目前国际风电场集电线路的设计大多采用了架空输电线路的方式，利用电杆组合杆等来进行布置。但是由于在运行的过程中混凝土组合杆塔会受到自然灾害的影响，特别是狂风、暴雨、覆冰等，并且当混凝土电杆组合干塔运行一段时间之后就会出现裂纹，再加上受到气候、地位置等因素的影响，出现事故很难及时采取措施进行处理，给风电场带来了巨大的经济损失。另外，在运行的过程中经常会出现短路跳闸的情况，一旦出现短路电流就会给线路中的其他设备造成损失，这样一来设备的使用寿命就会大大降低，一旦出现自然灾害，杆塔的导线就会产生大量的覆冰和覆雪，这会导致设备由于绝缘距离不足而出现放电的情况。基于此，我们对风力发电厂的集成线路设计进行了优化和改造。
        2集电线路应用状况分析
        风力发电场大多使用架空输电线路，建设输电线路时，将电杆、杆塔、铁塔的科学排列混合架设。这种架空设置，虽然是大多风电场都会采用的普遍模式，优点突出，但是其弊端也是很大的。例如，架空输电线路长期暴露在复杂的自然环境中，经过一段时间后，因其受到暴风雨、冰雹、雨雪等恶劣天气以及复杂地形地貌的影响，许多线路都会产生裂纹、断裂等问题，甚至还会导致电杆、铁塔等发生倒塔事故，稳定性难以保障，且维修程序复杂，易造成严重的经济损失。另外，集电线路中的导线的设置以及风机出线回路设计的问题十分复杂。在集电线路中，为了设置引流线，将高压熔断器的串联高压引流汇入到主线路之中，大多会用JB型并沟线夹来连接固定。但由于风力发电场风力较大，会大幅度的移动线路及连接处，使得JB型并沟线夹与导线之间一直处于摩擦碰撞的状态之中，严重情形甚至会导致导线被迫脱落，线路运行出现故障，自动启动跳闸系统。这种情形不仅会影响风电场发电与输电的效率，还极大的影响其他电气设备的正常运行，影响正常的发电、放电等程序的进行。

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        3风力发电场集电线路优化改造研究及应用
        3.1合理的选择架空线路路径
        在选择架空线路的路径时应当充分考虑实际的地形形况，尽量的选择一些地势比较平缓、离风力发电厂比较近的地区，这样一来就可以在一定程度上保证线路可以受到地理位置等的限制。另外在选择路径的时候一定要注意避开洼地等地质情况比较差的地区，还有一些树木砍伐量比较大的地区也要尽量避开，防止出现电功率潮湿迂回的情况。
        3.2地埋高压电缆典型故障处理
        风电场场区地埋电缆故障主要有：耕地挖沟时的机械损伤、电缆直埋深度不够、电缆在放线过程中绝缘层损伤。其中故障率最多的是地埋电缆中间接头故障，地埋电缆中间接头与电缆本体相比，接头处是薄弱环节，其故障率约占电缆线路故障80%以上。电缆中间接头材料缺陷或制作工艺上的缺陷、绝缘老化变质、连接点的压接管接触面电阻大而发热、雨水浸泡造成电缆中间接头或电缆绝缘护层受伤处绝缘受潮、电网电压波动时、造成电缆中间接头绝缘薄弱处绝缘击穿等原因，形成断相、对地击穿放电、相间短路等故障。故障发生时发电线路开关跳闸引起电压波动，有的造成相邻发电线路或整个风电场开关跳闸。对风电机组和电网造成一定的影响。
        3.3科学管理，保障相关工作人员安全
        在线路建设过程中，工人安全受到威胁，发电设备极易出现故障。针对这些问题，企业要实行科学化的管理体制，一方面企业在优化线路工程开始前要做好准备工作，对建设地地形地貌、人口密集度、发电设备选择与检查、架设用杆塔的运输及安装地点等一系列问题展开严格的调查研究，为后续线路优化改造工程的施工奠定坚实基础；另一方面企业应该要组织工人接受培训教育，引导工人施工时要严格遵守施工标准与安全规范，减少安全事故。
        3.4集电线路防舞动设计
        导线舞动与微气候关系非常密切，通过对导线舞动机理和已经发生过导线舞动案例的分析和总结可以知道，环境温度、相对湿度、风、雨淞和雾淞、雪等气象要素与舞动的发生有着密切关系。风激励是输电导线舞动的主要成因，风力的大小以及风向同线路走向的夹角对导线舞动是否发生、发生舞动的幅度和频率大小有着很大影响。此外，大多数观察到的舞动线路上导线有覆冰，且多为非对称覆冰，即迎风侧厚，背风侧薄，形成月形、扇形、D形等不规则形状，导线由此具有较好的空气动力性能，在一定风力和风向的激励下诱发舞动。国内外大量的统计资料表明，导线舞动一般发生在冬季和初春，因为这两个时段冷暖气流的交汇易引起较强的风力。处于地势平坦、开阔及风口地区的输电线路，当导线覆冰、风速为4～20m/s，主导风向与线路走向夹角不小于45°时，易发生舞动。
        结语
        总之，在对集电线路干干进行布置的时候应当从结构和风电机组等方面来及逆行设计，确定引线接线方式，不但地优化出现的回路元件并对各项技术进行创新，从而提高发电场的整体水平，确保其各项经济技术指标都可以和国际指标接轨。从我国现阶段的发证上看，风力发电厂集电线路的实用化程度比较高，在未来有着非常广阔的应用前景。与此同时也给电力企业创造了巨大的经济效益，在一定程度上促进了国家经济的发展。
        参考文献：
        [1]孟祥泽，孟庆义.电力建设工程质量问题通病防治手册[M].北京：中国电力出版社，2004：275.
        [2]邢李方，张建新，王阳，等．风电场集电线路引流线故障分析与对策［J］．通信电源技术，2018，35（12）：202-203．9