7風電場雷電風險與防雷改造后評價的意義.pdf

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1、中國華能清潔能源技術研究院有限公司北京乾源風電科技有限公司北京鑒衡認證中心有限公司研究背景白皮書內容簡介白皮書價值、意義中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書研究背景白皮書內容簡介白皮書價值、意義中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書研究背景255.5586.61202 2580.54473.36236753291411146114536168731883920953236322907534667365460500010000150002000025000300003500040000200620072008200920102011201220132014201520162017201820192

2、02020212022裝機容量/單位：萬千瓦中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書在“雙碳”背景下，可再生能源產業飛速發展，風電作為可再生能源的重要組成部分，近年來風電產業飛速發展。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書市場需求1.風電電價去補貼，電度成本增加。2.近年來大大小小的雷擊事件給風電場帶來了巨大損失，停電時間少則數小時，多則數日。3.風電場線路頻繁跳閘影響輸電質量。020406080100120140雷擊電纜問題箱變鳥害引下線線路舞動樹障金具跌落避雷器絕緣子控制系統其他某集團2020-2021年風電場線路問題統計20202021研究背景白皮書內容簡介白皮書價值、意義中國典型區域風電場雷

3、擊風險研究白皮書報告內容簡介中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書內蒙古自治區內蒙古自治區地域廣袤，所處緯度較高，呈平原、山地、高原帶狀分布的地貌格局，以高原為主，海拔 1000-1600 米。年平均雷暴日為 28.6 天，最多的地區可達 35.3 天。全年 5-9 月為雷暴集中期，雷電活動多數在午后或傍晚發生。雷電強度偏大，最大高達4401kA。雷電活動總放電次數少、單次能量大、放電周期短。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書內蒙古地區雷電防護設計應根據當地雷電特點定制。采用優先保護方式，安裝避雷器的總量不宜過多，需要結合升壓站、高風險桿塔所處的地形地貌進行綜合防雷配置。避雷器優選高性能參數產

4、品，并符合當地線路平均雷電流幅值要求，宜采用優先供電保護模式。風電場 2020 年 1-10 月雷擊跳閘 10 次，為了保證集電線路正常運行，于 2021 年 2 月對整條集電線路進行防雷技改，具體實施內容如下：在地勢較高，斜率、檔距較大桿塔區域增加 HY5W 系列線路避雷器 32 組，更換風機終端塔及進站終端塔站用避雷器 33 組。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書湖北省湖北省地處亞熱帶，全省除高山地區屬高山氣候外，大部分地區屬亞熱帶季風性濕潤氣候，水資源豐富，屬于風資源較好，雷電較為活躍的區域?？傮w側會給呈西低東高的趨勢。平均雷暴日36天，平均雷電流強度37.2kA中國典型區域風電場雷擊

5、風險研究白皮書 湖北地區某風電場從投運以來，每年發生多起跳閘事故，于2020年8月采取多間隙避雷器進行改造，改造后2021發生8次因雷擊導致跳閘，2022發生11次因雷擊導致雷擊跳閘，其中7/8兩月雷擊高發期。雷擊跳閘問題未得到有效改善。1.間隙類避雷器運行參數無法保證：大氣溶膠、灰塵、風蝕、雨蝕等外部條件會對間隙避雷器標稱參數造成巨大影響；2.間隙類避雷器無法有效自動斷續流：到目前為止，尚無第三方機構對間隙類避雷器能夠自動斷續流提供檢測報告；并且風電場場內集電線路與外網配置存在較大差異，當間隙避雷器出現續流時會造成風電場集電線路跳閘，甚至會對風力發電機組造成不同程度損傷。3.高啟動電壓：間隙

6、類避雷器每動作一次，啟動電壓就會有所上升，因此會造成小電流雷擊導致的沖擊電壓無法達到間隙避雷器的啟動電壓，從而造成線路過流保護動作啟動中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書廣西壯族自治區廣西壯族自治區年平均雷暴日高達175天。欽州、玉林等地甚至高達260天。雷電流平均強度為26.47kA，最大強度為979.04kA。雷電密度大，雷電強度小。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書廣西壯族自治區某風電場自投運以來，多次發生雷擊跳閘事故，2020年雷擊跳閘12次，2021年雷擊跳閘13次，主要出現在4-8月。2022年經現場了解，發現該風電場使用避雷器采用分體膠粘結構，非一體模壓成型，密封不嚴，避雷器易

7、受潮，內部放電甚至避雷器爆炸。風電開發商宜加強工程初建階段防雷產品工藝質控，保障防雷效果。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書云南省云南省正閃平均電流值為52.43kA,負閃雷電流平均幅值為-36.29kA。年平均雷暴日為100天。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書云南省某風電場位于雷電易發環境，場內35kV集電線路架設于山脊、山頂、山谷等風口位置，存在大檔距、高斜率等情況，近年來屢遭雷擊。于2021年，在部分桿塔頂部安裝避雷針，部分桿塔加裝避雷器。根據跳閘記錄改造效果不明顯。集電線路技改后總跳閘率沒有發生變化，雷擊跳閘情況并沒有得到改善，每年仍有20次，主要原因有以下幾個方面：1.未有效根

8、據地形地貌設置桿塔接閃器；2.安裝接閃器的桿塔未采取地電位反擊防護措施；3.安裝脫離器的避雷器未考慮系統零序定值的配合；4.進站端未采取冗余保護措施；5.接地電阻改造與雷電繞擊無關，屬無效改造。綜上：應根據風電場所在地形地貌、雷擊環境以及雷擊集電線路跳閘的類型制定和設計集電線路防雷技改方案，避免無效技改。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書山西省年平均雷暴日36.88天；正閃平均強度70.03kA，負閃平均強度-54.41kA。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書山西某風電場雷擊跳閘嚴重，于2020年8月對全場集電線路進行了防雷技改，具體改造內容如下：在部分桿塔安裝增強型導體多短針雷電放散裝置

9、；在線路上安裝避雷器。技改后風電場2021年1-8月集電線路因雷跳閘6次，2022年1-8月集電線路因雷跳閘5次。從2021年2022年改造前后調整對比圖中可看出進行多短針雷電放散裝置改造后，總跳閘率沒有發生變化，雷擊跳閘情況并未得到有效改善，該放散裝置用于風電場雷電改造主要存在以下幾方面問題：1.桿塔安裝的增強型導體多短針雷電放散裝置對雷電繞擊未起到有效防護作用。2.避雷器選型不符合風電場實際運行工況需求。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書江西省雷電流平均強度為28.9kA年平均雷電密度為6.69次/（km2a），年平均雷暴日為98天。全省極高易發區面積占總面積的3.35%，高易發區占26

10、.83%，較高易發區占41.94%，中易發區占23.66%，一般易發區占4.22%中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書江西省某風電場雷擊跳閘嚴重，于2021年對接地電阻大于20的，共56基桿塔進行接地改造。技改后風電場2021年1-8月集電線路因雷跳閘21次，2022年1-8集電線路因雷跳閘17次，雷擊跳閘主要出現在58月份?？梢姡航拥仉娮韪脑烨昂笤诶纂姼甙l期的跳閘次數沒有發生顯著變化，并且在5-8月區間跳閘次數同比有所增加。造成改造失效的主要原因在于接地電阻只與雷電反擊存在一定關聯，與雷電繞擊沒有直接關系，并且雷電直擊引起的地電位反擊導致的零序問題由于存在雷電流大小、接地電阻動態變化等變量，

11、因此，接地技改不能有效解決雷擊跳閘問題。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書湖南省雷暴分布是南多北少，西多東少，西南部最強。年平均雷暴日50天。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書湖南省某風電場自投運以來，平均每年發生多次雷擊跳閘，2020年1-12月共發生8次因雷跳閘，2021年1-12月共發生6次因雷跳閘，雷擊跳閘主要出現在59四個月份。其中2021年發生8次雷擊跳閘事件其中4次因雷擊導致箱變熔斷器損壞。未進行任何防雷技改措施。項目建設地理位置處于水稻田、池塘較多的區域，桿塔接地電阻較低，雖然接地電阻較低，但雷擊跳閘問題頻繁發生（箱變設備損壞、集電線路跳閘）建設標準中要求35kV電纜兩端接

12、地，箱變采用TN-C或TN-C-S接地系統，涉及高電壓等級的架空集電線路鐵塔接地與低電壓等級的升壓變壓器接地聯通，箱變要求接地電阻不大于4，鐵塔接地電阻要求不大于20。當鐵塔端出現直擊雷侵入使鐵塔端產生較高的地電位反擊電壓，通過鎧裝電纜層反擊至箱變、升壓站，造成電纜屏蔽層出現灼燒、電纜頭擊穿、電氣設備損壞。接地電阻大小與線路雷擊跳閘無關中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書通遼市風電場及雷擊風險等級分布圖隨州市風電場及雷擊風險等級分布圖不同區域雷擊活動不同，風電場雷擊風險等級不同，風電場需要根據風電場具體位置判定風電場雷擊風險等級，進行差異化防雷設計昆明市風電

13、場及雷擊風險等級分布圖忻州市風電場及雷擊風險等級分布圖贛州市風電場及雷擊風險等級分布圖柳州市風電場及雷擊風險等級分布圖永州市風電場及雷擊風險等級分布圖風電場雷擊跳閘因素分析中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書風電場防雷技改要求中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書風電場防雷技改后評價中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書改造全面性評價：不同風電場所處的地理環境和雷電特種不同，在進行防雷改造前，應對風電場集電線路進行詳細的現場勘察，核實風電場所處環境的雷電環境參數以及集電線路跨越的特殊地點。尤其是對于桿塔跨距大、巖石地區（土壤電阻率高），以及桿塔高程差大的區域，應進行清晰標識。結合風電場集電線路多年

14、雷擊故障情況以及集電線路路徑，評價風電場集電線路防雷改造方案的全面性。避雷針改造合理性：對于雷電環境惡劣及集電線路桿塔之間高程差異大的地區，采用仿真的方法對該區域內各桿塔所在的位置進行仿真對比，評估集電線路桿塔安裝額外的避雷針的防雷擊效果。避雷器參數選擇合理性：避雷器是集電線路防雷的關鍵設備，避雷器的選擇，直接影響集電線路耐雷水平。依據NB/T 10590 多雷區風電場集電線路防雷技術改造技術規范及GB/T 28547 交流金屬氧化物避雷器選擇和使用導則，結合風電場多年雷電參數，確定風電場的雷電流水平，計算所用金屬氧化物避雷器的參數以及使用方式，與集電線路原有金屬氧化物避雷器的技術參數及使用方

15、式進行對比，確認集電線路金屬氧化物避雷器改造后的效果及使用方式的合理性。技改施工方案合理性：評價現場施工的三措（組織措施、安全措施、技術措施）兩案（施工方案、事故應急預案）的合理性。方案可行性評估中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書雷擊跳閘次數評價：風電場集電線路防雷技術改造的一個重要指標就是雷擊跳閘次數，雷擊跳閘次數可以通過兩個維度來評價。其一，縱向對比，在相近的雷暴日數及雷電強度的邊界條件下，獲取同一風電場集電線路防雷技術改造前后各一個完整雷雨季集電線路錄波，進行雷擊跳閘次數的對比，驗證防雷技術改造措施對風電場集電線路雷擊保護的效果；其二，橫向對比，在同一個區域內的相鄰風電場，獲取改造后的

16、一個完整雷雨季的風電場集電線路雷擊跳閘錄波，進行雷擊集電線路跳閘次數的對比。雷擊跳閘導致的發電量損失評估：風電場集電線路一旦受到雷擊，引起跳閘事故，就會導致該條集電線路上所有風電機組停機，集電線路一旦跳閘，恢復時間長，該條線路上的風電場機組全部不能發電，影響風電場發電量。有效的集電線路防雷措施可以減少集電線路遭受雷擊的次數和故障恢復時間，減少風電場因雷擊導致的發電量損失。改造效果評估中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書研究背景白皮書內容簡介白皮書價值、意義中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書研究思路中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書研究價值、意義中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書為風電場業主提供典型區域雷電活動特點、典型風電場雷擊風險等級及不同防雷措施分析番外篇中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書海上風電場，所在環境更易形成小氣候，雷擊風險等級相比陸上風電場雷擊風險等級要高。海上風電場應實時監測風電場所在區域雷電活動，并提高風電場葉片雷擊防護等級，提高葉片接閃器的有效接閃率，保證風電場安全穩定運行。中國典型區域風電場雷擊風險研究白皮書