风电场集电线路雷击事故分析案例

1.事故经过

2012年5月30号下午2点左右，雷雨天气，大连某风电场1号集电线和2号集电线相继跳闸，同时12号风机电源发生故障。雨停后，经巡线发现：12号风机箱变的低压侧断路器跳闸，并且低压柜内连接断路器的低压电缆、铜母线及二次线的绝缘部分都烧黑炭化。12号风机以及与其相连的4级杆塔模型如图10-27所示，其中0号杆塔为终端水泥杆塔，1～3号杆塔为铁塔。

2.仿真分析

雷电击中箱变的前几级杆塔时会产生很大的雷电过电压。由于杆塔与变压器之间的距离很短，因此雷电波沿线路传播至变压器时会在变压器上产生很大的过电压，可能造成变压器高压侧的过电压保护器动作。根据实际情况，该风电场的接地网相互连接，雷电波会经接地引下线传播至变压器的低压侧，造成变压器的低压侧损坏。同时雷击会产生很大的过电流，造成线路的绝缘损坏。因此降低箱变上的过电压并且限制流过线路的过电流对于线路的防雷保护有很重要的作用。

根据该风电场地理环境及设计要求，取接地电阻15Ω，且原线路终端塔（即0号杆塔）已安装避雷器。应用ATPdraw构建雷电直击于风电场场内输电线路的模型，计算出该段线路的耐雷水平约为35.2kA。雷电流为35.2kA时绝缘子串两端的电压波形图如图10-28所示。

图10-28　绝缘子串两端的电压波形

不同大小的雷电流分别击中3号杆塔上时，箱式变压器的侵入波过电压幅值见表10-4。

表10-4　不同雷电流幅值下箱变上的过电压幅值

从表10-4可以看出，雷电流幅值越大，侵入波过电压幅值也越大。为了对过电压进行定量分析，在仿真时，取雷电流大小为100kA。不同雷击点和避雷器安装情况对箱式变压器上侵入波过电压的影响见表10-5。(www.xing528.com)

表10-5　改变避雷器安装方案和雷击点时箱变上的过电压幅值

从表10-5可以看出，安装避雷器对降低变压器的侵入波过电压具有明显的作用，并且安装的避雷器组数越多，侵入波过电压越低。原线路上0号杆塔已安装避雷器。当雷击中1号杆塔时，在1号杆塔上安装避雷器后侵入波过电压降低了28%；当雷击中2号杆塔时，在2号杆塔上安装避雷器后侵入波过电压降低了10.1%。当雷击中3号杆塔时，在3号杆塔上安装避雷器后侵入波过电压只降低了3%。可见在3号杆塔上安装避雷器，对降低箱式变压器的侵入波过电压的效果已经不明显。所以应采取在1号和2号杆塔上增设避雷器的措施，使箱式变压器上的侵入波过电压大大减小，从而起到保护变压器低压侧的作用。

假设1号杆塔和2号杆塔均安装了避雷器。由于该风电场所处地理条件的限制，在此只改变终端塔（0号杆塔）和1号杆塔的接地电阻。其中R0为终端塔的接地电阻；R1为1号杆塔的接地电阻。取雷电流为100kA，当雷电击中1_号杆塔时，改变0号杆塔和1号杆塔的接地电阻，变压器上的侵入波过电压波形如图10-29所示。

图10-29　降低接地电阻对过电压的影响

图10-30　降低接地电阻对过电流的影响

由图10-29可知，降低R0和R1对降低侵_入波过电压起到的作用非常微弱。但是对限制流过线路的雷电流起到重要作用，如图10-30所示。

当0号杆塔和1号杆塔的接地电阻均降到原来的一半（7.5Ω）时，电流幅值降低了49.8%，所以，降低终端塔和1号杆塔的接地电阻可以有效降低线路损坏的几率。