高原风电场防雷接地经验交流

1、华能新能源股份有限公司云南分公司Report by 概概 要要1雷雷 击击 故故 障障 案案 例例2风风 电电 场场 防防 雷雷 系系 统统3结结 语语4华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司雷电雷电是一种强烈的大气长距离放电现象，它能够直接或间接地对地面诸多设施造成灾害。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司高原风电场高原风电场风电机组多位于高山山脊等旷野地带，且所处地区多为高雷暴地区，作为典型的高结构体，机组遭受雷击的概率比较大。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司“风花雪月风花雪月”的大理的大理华能新能源股份

2、有限公司云南分公司现有两个下属高原风电场华能新能源股份有限公司云南分公司现有两个下属高原风电场大风坝风电场大风坝风电场 马鞍山风电场马鞍山风电场 先后于先后于2008年和年和2010年建成投运年建成投运华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司中国第一个投入商业运行的高原风电中国第一个投入商业运行的高原风电场场华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司目前云南省建成投产规模最大的风电场目前云南省建成投产规模最大的风电场马鞍山风电场马鞍山风电场初步统计初步统计马鞍山

3、风电场马鞍山风电场累计发生较大雷累计发生较大雷击故障击故障7 7台次，风机累计受累停台次，风机累计受累停机时间超过机时间超过10001000个小时，损失个小时，损失电量近电量近1010万千瓦时，直接经济万千瓦时，直接经济损失近损失近3030万元。万元。大风坝风电场大风坝风电场累计发生较大雷累计发生较大雷击故障击故障1515台次，风机累计受累台次，风机累计受累停机时间超过停机时间超过20002000个小时，损个小时，损失电量超过失电量超过2020万千瓦时，直接万千瓦时，直接经济损失近经济损失近6060万元。万元。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司防雷接地工作防雷接地

4、工作是高原风电场长期安全稳定运行的重要保障，也是高原风电场建设过程中必须面对和思考的一个难题。结合两年多来风电场运行实践、防雷接地改造以及发生雷击故障的情况，我们将自己对构建高原风电场防雷接地体系的一些经验和做法向大家进行汇报介绍。通过抛砖引玉，为风电场不断完善和发展防雷接地体系、减少雷击故障损失，提供一些思路和方法。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司一年前一年前风电场的防雷接地体系风电场的防雷接地体系按区域和设备的不同可以划分：华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司因为雷电

5、放电具有明显的随机性和强大的破坏力 构建高原风电场防雷接地体系的核心思想核心思想不是避免设备遭受雷击，而是通过采取合理有效的防雷措施，将风电场受到雷电灾害的损失降到最小，在雷击故障发生后，可以用最方便快速的措施进行处理，尽快恢复风电场的正常运行重点关注重点关注风电场中设备绝缘水平较低、容易发生设备故障，且现场更换维修困难的风力发电机组和厢式变压器华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷击故障2010年9月10日21时28分和21时36分大风坝风电场35kV回线及35kV回线分别遭受雷击，造成15#、19#、23#、27#、3

6、1#、38#六台风机停运。故障现象：故障现象：风机监控系统报缺相故障停机，15#、23#、27#风机可以远程恢复并网运行，19#、31#、38#风机远程恢复失败。2010年9月10日21时28分48秒15#风机报缺相故障停机，21点50分15#风机远程恢复并网运行。2010年9月10日21时28分48秒19#、23#、27#、31#、38#风机报缺相故障停机，21点50分23#、27#风机远程恢复并网运行，19#、31#、38#远程恢复失败。由于夜间雷雨天气影响，未对所停机组进行检查。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷

7、击故障故障处理：故障处理：1、查阅升压站故障录波装置内录波波形，查看线、查阅升压站故障录波装置内录波波形，查看线路开关处雷击计数器变化情况。路开关处雷击计数器变化情况。2010年9月10日21时28分48秒462毫秒35kV回线故障波形显示，回线故障电流约为额定电流值的1.5倍，线路B、C相避雷器计数器均动作1次。2010年9月10日21时28分48秒464毫秒35kV 回线故障波形显示，回线故障电流约为额定电流2.8倍。2010年9月10日21时36分21秒54毫秒35kV回线故障波形显示，回线雷击电流约为额定电流7.6倍，线路B相避雷器计数器动作1次。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新

8、能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：2、现场检查。查看跌落保险，箱变设备外观检查，、现场检查。查看跌落保险，箱变设备外观检查，箱变绝缘油外观检查，风机控制柜内设备外观检查。箱变绝缘油外观检查，风机控制柜内设备外观检查。19#、31#风机箱变高压侧跌落保险A、B、C三相熔丝均烧断；低压侧箱变门变形弹出；箱变低压室包括低压侧断路器、连接铜排、干式变压器、避雷器等设备全部烧毁；31#箱变高压熔断器A相熔断。31#风机振动检测模块、软切入模块等多个元件损坏。38#风机箱变高压侧跌落保险A、B两相熔丝烧断，其余外观正常。华能新能源股份有限公司

9、云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷击故障华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：3、现场试验。用万用表测量箱变高压侧熔管通断、现场试验。用万用表测量箱变高压侧熔管通断、检查低压侧设备绝缘及接线情况。用直阻测试仪测检查低压侧设备绝缘及接线情况。用直阻测试仪测量箱变高低压绕组直阻情况。用绝缘测试仪做高压量箱变高低压绕组直阻情况。用绝缘测试仪做高压电缆等绝缘测试。箱变绝缘油送检。电缆等绝缘测试。箱变绝缘油送检。19#、31#、38#箱变高低压绕组直阻测

10、试正常，高压电缆绝缘正常。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：4、事故原因分析，采取处理措施，恢复风机正常、事故原因分析，采取处理措施，恢复风机正常运行。运行。分析19#、31#箱变事故原因事故原因是线路遭受雷击后导致地电位升高，箱变低压侧绝缘及间隙无法承受过电压，雷电反击雷电反击造成箱变低压侧损毁。两台箱变返厂维修，近两个月后恢复风机运行。38#风机现场更换跌落保险后，检查箱变及风机一切正常，分析原因是箱变高压侧在雷电过电压情况下出现放电过流情况，导致熔丝烧断，于9月11日11时52分恢复运行

11、。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司大风坝风电场大风坝风电场“9.10”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：5、总结经验，提出整改方案和措施。、总结经验，提出整改方案和措施。针对雷电反击故障，在箱变低压侧增加一组避雷器，增加低压侧相间的绝缘距离，采取在引出线接头处增加绝缘护套，在相间加装绝缘隔板，避免相间击穿放电。同时为加快箱变故障处理速度，尽快恢复风机运行，减少经济损失，风电场购买一台同型号箱变作为备用。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障2010年9月22日03时17分，马鞍山风电

12、场400V 站用电系统遭受雷击， 400V段电度表等损坏，35kV回线1#、20#、22#、24#风机箱变和35kV回线3#、5#、7#风机箱变遭受雷击故障，致箱变不同程度受损，风机停机。故障现象：故障现象：首先发现400V系统故障，风机通讯中断。在临时处理了400V系统故障，恢复供电后，运维人员对不能恢复通讯的十台风机检查，发现其中七台箱变不同程度受损。20102010年年9 9月月2222日日03 03 时时1717分，马鞍山风电场中控室后台监控系统发出报警信号：分，马鞍山风电场中控室后台监控系统发出报警信号：35kV35kV场内输电线路场内输电线路回线保护整组启动回线保护整组启动1#1#

13、主变高后备保护整组启动主变高后备保护整组启动1#1#、2#2#直流电源市电掉电直流电源市电掉电华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：经运行值班人员检查后发现：经运行值班人员检查后发现：400V400V段电度表被烧毁段电度表被烧毁35kV35kV场内输电线路场内输电线路、回线均处于运行回线均处于运行状态状态升压站内一次设备运行升压站内一次设备运行状态良好状态良好风机通讯中断。风机通讯中断。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击

14、故障故障处理：故障处理：400V400V段电度表已全部烧毁，相关接线也烧毁，柜内存在电弧烧段电度表已全部烧毁，相关接线也烧毁，柜内存在电弧烧黑的现象黑的现象400V400V段段B B相电压表无电压显示相电压表无电压显示400V400V段进线处三相均有电压段进线处三相均有电压站用变跌落保险及避雷器运行正常站用变跌落保险及避雷器运行正常绝缘检查正常绝缘检查正常20102010年年9 9月月2222日日5 5时，现场维护人员对时，现场维护人员对400V400V站用电系统进行检查：站用电系统进行检查：判断推测故障原因为线路感应雷电过电压窜入到判断推测故障原因为线路感应雷电过电压窜入到400V400V系

15、统，在绝缘系统，在绝缘较薄弱的电度表处发生放电，将电度表及接线等烧毁。维护人员将较薄弱的电度表处发生放电，将电度表及接线等烧毁。维护人员将电度表电度表CTCT接线端子短接、其余接线悬空后，于接线端子短接、其余接线悬空后，于9 9月月2222日日7 7时恢复时恢复400V400V 段段35kV35kV站用变进线供电，恢复升压站站内用电。站用变进线供电，恢复升压站站内用电。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理： 因风机通信中断，风机故障信息未全部反馈至监控后台，对风机通信因风机通信中断，风机故障信息未

16、全部反馈至监控后台，对风机通信故障检查后，故障检查后，20102010年年9 9月月2222日日8 8时，现场维护人员对不能恢复通信的时，现场维护人员对不能恢复通信的1010台风台风机进行了检查，其中机进行了检查，其中3 3台通过重启风机和通讯模块后恢复通信，其余台通过重启风机和通讯模块后恢复通信，其余7 7台风台风机箱变受到不同程度损伤：机箱变受到不同程度损伤：风机编号风机编号线路线路跌落跌落保险保险箱变高压熔断器箱变高压熔断器箱变状态箱变状态1#完好A、B、C三相高压熔断器熔断断路器未分闸，箱变外观正常3#B相跌落A、B、C三相高压熔断器爆出断路器未分闸，低压侧柜门被冲飞，柜门严重变形，电

17、流表、电压表等外壳飞出5#B、C两相跌落B相高压熔断器爆出断路器未分闸，低压侧柜门被冲开，柜门已变形7#A相跌落A相高压熔断器爆出断路器未分闸，低压侧柜门被冲开，柜门已变形20#完好B、C两相高压熔断器熔断断路器未分闸，箱变外观正常22#A、B相跌落完好断路器已分闸，低压侧柜内严重损毁，母排烧熔，柜门已变形24#A相跌落A相高压熔断器爆出断路器未分闸，低压侧柜门被冲开，柜门已变形，电流表、电压表外壳飞出华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：3#风机箱变雷击后整体外观24#风机箱变雷击后内部情况华能

18、新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：22#风机箱变雷击后内部情况华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：按上述按上述5 5个步骤进行故障处理，汇总七台箱变情况：个步骤进行故障处理，汇总七台箱变情况：风机编风机编号号熔断器熔断器通断通断直阻测试直阻测试绝缘油测试绝缘油测试处理措施及结果处理措施及结果1#三相开断高压侧C相断开颜色发黑，有悬浮物返厂更换高压绕组，替换新箱变恢复风机运行3#三相导通三相平衡各项指

19、标合格更换三相高压熔管熔丝，滤油，更换受损柜门表计，正常运行5#三相导通三相平衡各项指标合格更换B相高压熔丝，清洁熔管，正常运行7#三相导通三相平衡各项指标合格更换A相高压熔丝，清洁熔管，处理分接开关，滤油，更换受损表计，正常运行20#A、B相开断C相导通三相平衡乙炔超标返厂更换高压绕组，替换新箱变恢复风机运行22#B相开断A、C相导通三相平衡各项指标合格更换B相高压熔管熔丝，滤油，更换低压侧元器件，正常运行24#三相导通C相漏油三相平衡各项指标合格更换A、C相高压熔管熔丝，滤油，正常运行华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故

20、障雷击故障故障处理：故障处理：过电压保护过电压保护未动作未动作高压熔断器高压熔断器接口锈蚀接口锈蚀低压侧母排低压侧母排绝缘间隙小绝缘间隙小初步原因分析：初步原因分析：华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司马鞍山风电场马鞍山风电场“9.22”雷击故障雷击故障故障处理：故障处理：分析箱变因线路雷击过电压造成较大损害的原因为：1、在遭受雷击时，箱变带间隙过电压保护器未起到保护作用。2、高压熔丝与负荷开关连接处接触不良，且高压熔断器触头与箱体的爬电距离仅为820mm，不能满足高原环境要求，在过电压情况下，高压熔断器发生沿面闪络，绝缘击穿发生放电，熔管内空气受热急剧膨胀后冲出，

21、造成箱变门及低压室内仪器仪表损坏。整改措施：1、将后期箱变过电压保护器更换为无间隙氧化锌避雷器，在箱变进线A杆顶部加装线路氧化锌避雷器，以加强防雷效果。2、提高箱变低压侧相间绝缘强度，在断路器引出线接头处增加绝缘护套，在相间加装绝缘隔板。3、后期箱变尽可能采用油浸式熔断器。4、备用一定数量的高压熔断器，更换生锈的接触头。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司风机防雷风机防雷1、严格保证风机的接地电阻值不大于、严格保证风机的接地电阻值不大于 4欧。欧。2、针对高原风电场土壤电阻率较高的特点，在外延地网的主干线上可以增、针对高原风电场土壤电阻率较高的特点，在外延地网的主干

22、线上可以增加专用的电解地极，通过它不间断的释放等离子体，增加与大地的良好接触，加专用的电解地极，通过它不间断的释放等离子体，增加与大地的良好接触，降低接地电阻值。要求电解地极具备免维护的特点，能够保证在降低接地电阻值。要求电解地极具备免维护的特点，能够保证在20年内正年内正常工作。常工作。 3、与风机结合在一起的所有的金属件都应等电位连接在一起，并与防雷装、与风机结合在一起的所有的金属件都应等电位连接在一起，并与防雷装置相连。置相连。4、接地系统有直通大地的连接，等电位连接网不设单独的接地装置。、接地系统有直通大地的连接，等电位连接网不设单独的接地装置。 5、接地电缆的敷设平直、整齐。若转弯时

23、，弯曲半径应大于导线直径的、接地电缆的敷设平直、整齐。若转弯时，弯曲半径应大于导线直径的10倍。倍。6、风机基础接地网采用内外两个均压环，两环之间不少于三点直接连接。、风机基础接地网采用内外两个均压环，两环之间不少于三点直接连接。7、将塔底控制柜的接地系统与风力发电机组雷电流引下系统的连接断开，、将塔底控制柜的接地系统与风力发电机组雷电流引下系统的连接断开，防止雷电反击造成塔底控制柜控制元器件损坏。防止雷电反击造成塔底控制柜控制元器件损坏。8、在风机电控系统中的对电压敏感易损坏的开关量和模拟量的信号线路在、在风机电控系统中的对电压敏感易损坏的开关量和模拟量的信号线路在进入主控模块前加装第三级进

24、入主控模块前加装第三级SPD。9、检查防雷接地回路中熔断器容量是否满足要求。、检查防雷接地回路中熔断器容量是否满足要求。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司风机防雷风机防雷风机内环电解地极外引接地线风机外环风机基础接地网示意图风机等电位接地示意图华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司线路防雷线路防雷1、杆塔接地根据杆塔位置土壤电阻率大小进行设计，杆塔接地电阻最大值不大于25欧姆。2、针对高原风电场雷暴日较多的特点，场内线路全线架设双避雷线，以防止雷电绕击。将双避雷线保护角设计为零保护角或负保护角。3、避雷线采用逐基接地运行方式。建议将35k

25、V线路终端塔接地网与风机平台主接地网相连，保证接地电阻在4欧姆以下，以降低在雷击情况下的地电位的升高。4、箱变进线终端A杆顶部加装线路氧化锌避雷器。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司箱变防雷箱变防雷1、箱变与风机共用一个接地网，接地电阻不大于4欧姆。2、箱变低压侧中性点直接接地，外壳通过两条50 x5扁铁与地网直接相连。3、箱变高压侧跌落保险上端装设避雷器（HY10WX-51/134）一组。4、箱变高压侧装设无间隙氧化锌避雷器（HY10WZ-51/125）一组。5、箱变低压侧装设低压避雷器一组。6、提高箱变低压侧相间绝缘强度，建议在断路器引出线接头处增加绝缘护套，

26、在相间加装绝缘隔板，在铜排接头等尖端处，加强打磨工艺，避免尖端毛刺放电。在箱变设计时，应增大相间及相对地的空气间隙，以加强外绝缘。7、在箱变设计时，应完善箱变主回路、测量回路及控制回路的等电位连接，避免雷电反击造成绝缘击穿，引发短路。8、在箱变设计采购时，应增大箱变高压熔断器尺寸以满足高原环境爬电距离要求；或将高压熔断器的绝缘方式更换为油浸绝缘。华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司箱变防雷箱变防雷华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司升压站防雷升压站防雷1、升压站主接地网电阻按设计要求小于0.5。2、升压站安装可以覆盖保护全站电气设备范围的

27、避雷针，避雷针接地电阻小于10。3、避雷针接地网与主接地网互相独立，其与接地主地网的间距大于5米。4、所有运行中不带电设备的金属外壳，通过接地扁铁，与地网连接在一起。5、接地网采用热镀锌材料的无需作防腐蚀措施，各焊接点须涂上防锈漆。新 增 外 延 接 地 线 （ - 50 5 热 镀 锌 扁 钢 ）均 匀 布 置 电 解 地 极山 坡山 坡场 地 范 围山 谷山 谷DK -AG 电 解 地 极均 匀 布 置 电 解 地 极进 站 路 口 1 2 0 5 0 0 0 1 2 0 5 0 0 012050003#新增接地线外延方向1#新 增 接 地 线 外 延 方 向均 匀 布 置 电 解 地 极

28、基 础 接 地 网 格2#新 增 接 地 线 外 延 方 向阴 极 保 护 装 置山 谷新 增 垂 直 接 地 体 （ 50 5 热 镀 锌 角 钢 ）华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司定期对接地电阻进行复测，尤其在旱季检查接地电阻值是否满足要求改进高原箱变设计对比观察设备运行状态，分析故障原因多方组织防雷接地的讲座及现场指导加强运维人员分析和处理雷击故障的能力，高原风场建设是人类风电发展史上一个新的领域，面对高原风场建设是人类风电发展史上一个新的领域，面对高原雷暴日频繁、机组处于山脊开阔处容易被雷击、土高原雷暴日频繁、机组处于山脊开阔处容易被雷击、土壤电阻率高等

29、各种不利因素，我们将积极汲取和研究风壤电阻率高等各种不利因素，我们将积极汲取和研究风电场防雷接地的理论成果，总结经验教训，通过不断的电场防雷接地的理论成果，总结经验教训，通过不断的运行实践，争取将大理的几个风电场建设成为全国优质运行实践，争取将大理的几个风电场建设成为全国优质高原风电场的排头兵！高原风电场的排头兵！华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司华能新能源股份有限公司云南分公司序号序号时间及地点时间及地点事件描述事件描述处理方式及结果处理方式及结果12008年年10月月20日日大风大风坝风坝风电场电场20时30分3#箱变遭受雷击，

30、造成箱变低压侧避雷器炸裂引发三相短路更换箱变低压侧避雷器，更换低压侧断路器，更换箱变高压熔芯。更换后箱变正常投运22009年年9月月16日日大风大风坝风坝风电场电场0时50分47#风机遭受雷击，风机控制电源跳闸，回线风机通信全部中断，风机WP4084振动模块、液压传感器和提升机控制板损坏，造成47#风机故障停运。更换WP4084振动模块，更换液压传感器和提升机控制板。更换后于14时22分风机投入运行。32009年年9月月16日日大风大风坝风坝风电场电场6时22分46#风机遭受雷击，风机箱变低压侧空开跳闸，风机WP4060软切入模块、阻容吸收板和24V稳压电源损坏，造成46#风机故障停运；6时2

31、3分45#风机遭受雷击，风机控制电源跳闸，45#风机齿轮箱油泵电机故障损坏，造成45#风机故障停运。更换46#风机WP4060软切入模块、阻容吸收板和24V稳压电源。更换后于16时41分46#风机投入运行。更换45#风机齿轮箱油泵电机，更换后45#风机正常运行。42009年年10月月4日日大风大风坝风坝风电场电场7时07分2#风机遭受雷击，导致风机控制电源跳闸，回线风机通信全部中断，2#风机WP4060软切入模块、阻容吸收板和熔断器熔芯损坏，造成2#风机故障停运。7时12分3#风机遭受雷击，导致风机控制电源跳闸，风机电控柜可控硅损坏一组，造成3#风机故障停运。更换2#风机WP4060软切入模块、阻容吸收板和熔断器熔芯。更换后于16时11分2#风机投入运行。更换3#风机可控硅元件，更换