
③因地形跟氣候比較復雜,設計階段輕視問題所在,設計深度不夠。
④設備選型不科學、不合理,使用是起重機械的設備不達標或不滿足實際需求。
2.2 因此風電防雷優化改造方向主要大致可分為以下三種:
①輸變電設備的絕緣性能、防雷接地及防雷措施的優化改造。即可對集電線路、箱變、高壓開關柜等設備的絕緣性能、防雷接地及防雷措施進行優化改造。
②風電機組的防雷接地及防雷措施的優化改造。即可對風機的槳葉、接地系統、防雷系統、控制系統、變頻器等進行防雷接地及防雷措施優化改造。
③防雷接地網的優化改造。
圖表1:改造前后跳閘次數統計表
圖1:噴涂PRTV后效果
②因玻璃絕緣子零值自爆,損壞后巡檢更容易發現;改造后設備運行可靠性提升明顯,大幅減少了巡檢工作強度;同時有效避免了集電線路絕緣子破損未及時發現帶缺陷運行的風險。
③改造后的集電線路使用的金具是銅鋁線夾,導電性、抗發熱性、耐腐蝕性得到大幅提升,有效的減少了鹽霧腐蝕造成的設備隱患。改造材料如下圖2所示。
圖2:改造用的銅鋁線夾
3.2 潮州某風電場接地變改造
3.2.1 項目概況:潮州某風電場依山伴海,風電場西北高,東南低,屬于丘陵山地風電場。升壓站坐落于山脊間的盆地內,山脊間跨度大,坡度較為陡峭。因而項目設計時選擇使用架空線路大跨度輸送電能。由于項目投產較早,保護功能配備不滿足實際使用需求。
3.2.2 改造原因分析:
①通過對潮州市近40年的雷暴數據進行初步統計分析,結果顯示潮州市年平均雷暴日數為66.5天,屬于強雷暴區,雷暴主要出現在4~9月份。項目投產后年均雷暴跳閘次數超過5次,多次導致35kV系統單相接地和相見接地故障,造成設備嚴重損壞,甚至引起局部起火。
②根據《防止電力生產事故的二十五項重點要求》(國能安全[2014]161號)文件及南方電網公司的相關要求,風電場應將消弧線圈接地盡快改造為中小電阻接地,提高風電場35kV系統運行時,單相接地保護裝置整定值的靈敏度,確保35kV系統單相接地故障后能快速地切除故障,防止單相接地故障發展為相間接地故障,避免造成設備嚴重受損。
3.2.3 改造項目:
①提高保護裝置靈敏度,拆除原投運的消弧消諧柜,新安裝35kV接地變,并進行全站保護定值重新整定計算及校準。
②提高對35kV系統運行溫度的在線監測能力,對35kV開關柜動觸頭及母線加裝無線測溫傳感器。
3.3.3 改造后效果分析:
①安裝接地變后該風電場發生單相接地故障時,未出現越級跳閘、未動作、誤動作等情況;35kV系統單相接地故障均由接地變選線,快速切除,自改造后未出現一起因單相接地引發相間短路致使設備嚴重損壞或起火事件。有效緩解雷擊造成的經濟損失。改造中效果如下圖3所示。
圖3:拆除后加裝的接地變
②通過對35kV開關柜動觸頭、母線加裝無線測溫傳感器。對設備運行健康進行實時在線檢測,能提前感知開關柜動觸頭、母線的溫度變化,無線測控裝置后臺主機將溫度信息及時反饋給值班人員,提醒值班人員巡檢,及時有效的預防和制止設備發熱起火的風險。改造后效果如圖4所示:
③本次項目改造,極大提高設備安全運行穩定性,防雷性能大為改觀,能做到實時監測,快速切除,確保設備可靠運行。
圖4:加裝無線測溫傳感器
3.3 茂名某風電場桿塔接地系統改造
3.3.1項目概況:茂名某風電場地處廣東省沿海內陸屬于山地風電場。項目建設區域地形復雜,海拔高度均在400m以上,山脊坡度較為陡峭;項目設計之初并未考慮到會受海風潮流影響的嚴重性,因而設計時選擇使用架空線路輸送電能。然而風電場所在區域受北下寒潮跟南海氣流對沖影響,風電場年均至少3個月持續被霧水環繞,空氣濕度比較高,對設備防雷、絕緣性能和安全運行造成較大威脅。
3.3.2 改造原因分析:因項目設計標準不適用實際情況,且施工工藝不達標;項目投產運行不久便出現部分鐵塔接地網接地電阻不達標、輸變電設備的絕緣強度下降等問題;雷暴天氣情況下,時常出現輸變電設備跳閘。
3.3.3 改造項目:
①對地勢較高且容易引雷的鐵塔加裝線路型避雷器。限制線路雷電過電壓,提高線路耐雷水平,降低輸變電系統因雷擊故障引起的跳閘率。
②加裝線路避雷器的鐵塔及接地電阻不合格的鐵塔進行接地網改造,采用長效GCR-桿塔專用接地裝置進行改造提高泄流能力,有效降低大電流通過時引起的地電位。
3.3.4 改造后效果分析:
①對場內地勢較高的鐵塔加裝線路型避雷器,線路耐雷水平提升明顯,場內集電線路因雷擊跳閘次數下降近一半,集電線路運行的安全性和可靠性大幅提升。改造后效果如圖5所示:
圖5:加裝線路避雷器
②防雷接地網改造完成后,接地電阻穩定降至3Ω以下,有效降低大電流通過時引起的地電位升高;輸變電設備在雷雨、潮濕等惡劣天氣下導致集電線路跳閘次數明顯下降。改造中效果如圖6所示:
圖6:長效GCR-桿塔專用接地裝置改造
3.4 陽江某風電場風機防雷優化改造
3.4.1 項目概況:陽江某風電場瀕臨南部海域建設,安裝某品牌1.5MW風力發電機組;陽江地區自古以來都是雷暴高發區,據不完全統計年平均雷暴日為91天,93%的雷暴發生在4~9月,其中以8月份最多(18.3天);頻繁的雷暴天氣,嚴重威脅場內風機的安全平穩運行。
3.4.2 改造原因分析:因設計之初未考慮到當地氣候如此復雜,項目投產后,每年風機都會經受短期持續的雷暴天氣,容易造成風機控制系統過電壓和過電流,主控系統及監控系統受干擾,并引起風機反復脫網、并網及短時間風機監控信號丟失,存在較大安全隱患。
2018年1月1日起,南方電網將裝機容量超過3萬千瓦以上的風電項目正式納入“兩個細則”管理,“兩個細則”管理條例實施后,受雷擊影響,風機反復脫網并網,導致風電場實際出力與預測出力差值偏大,時常容易造成“兩個細則”電量考核。
3.4.3 改造項目:
①對風機塔基柜內的交換機進行等電位優化改造。
②對風機塔基柜內主控單元加裝濾波電容。
3.4.4改造后效果:通過對交換機及主控單元進行優化改造,改造后雷雨天未出現明顯的監控信號丟失;因雷擊產生的諧波干擾,造成風機反復脫網并網的情況基本未出現,風機運行較為穩定。改造后效果如圖7、8所示:
圖7:加裝濾波電容
圖8:交換機及主控模塊優化
因此做好質量把控非常關鍵,嚴格執行相關標準及規范進行設計,基建期間科學合理施工;嚴格按照相關要求及規范標準進行驗收,不合格、不合理、不到位的堅決立行整改,嚴把質量關,確保建成投產后滿足現場需求,達到設計預期。
[1]方國賢.風力發電機組防雷接地網的優化及改造,中國西部科技,2014(04)第13卷297期。