高海拔、復雜地形下風電場架空線路設計及運行維護管理

方 磊

（水電十四局大理聚能投資有限公司，云南 大理 671000）

1 概 述

目前，國內風電場場內集電線路有架空線路和電力電纜兩種集電方式，兩種運行方式均各有優缺點。架空線路的優缺點分別是總體造價低，查找故障點及維護檢修較為方便，發生故障時，對地電容電流較小，瞬時性故障居多，但在高海拔地區冬季時存在覆冰風險，對鐵塔選型和抗冰凍設計要求較高；電力電纜的優缺點分別是運行可靠性高，日常運行維護工作量相對較少，但總體造價較高，發生故障時查找故障點及檢修困難。風電場設計階段，合理地選擇場內集電線路尤為重要。

2 某風電場35 kV場內架空線路設計及運行情況

2.1 設計情況

云南某風電場于2015年12月份正式投運，風電場35 kV集電線路選擇兩回35 kV架空線路的集電方式送至110 kV升壓站，每回架空線路分別接入17臺風機和16臺風機，全線海拔高程在分布在2 600～3 100 m。架空線路塔型選擇3560-DJ2、3560-JJ3/JJ4、3560-ZS4、3560-JGu2及110-JGu3型鐵塔，架空線路主線選擇LGJ-240/30鋼芯鋁絞線，分支線選擇LGJ-95/20型鋼芯鋁絞線。線路設計氣象條件：云南省Ⅱ級氣象區（C=10，V=30 m/s）。

2.2 線路運行情況

2.2.1 線路覆冰后運行情況

2016—2018年線路運行期間，風電場在冬季降雪覆冰天氣時出現了鐵塔彎塔、折塔、導線鼓包及斷線的異常情況，嚴重影響了線路運行安全，經電廠連同設計單位、咨詢單位共同分析，異常情況主要由如下幾方面原因造成。

（1）設計單位對風電場現場原始氣象資料收集不足、對風電場局部微地形和微氣象條件情況掌握不足，從而造成對線路設計氣象條件判定錯誤，進一步造成部分塔型選擇不滿足現場實際覆冰等級要求，在冬季線路覆冰超過該塔型設計等級時出現折塔、斷線情況。

（2）設計單位在重冰區選擇了同塔雙回線的架空線路，造成線路覆冰嚴重時導線對鐵塔拉力超過鐵塔自身強度。

（3）風電場在架空線路覆冰嚴重時，無有效的融冰、除冰措施，架空線路未配置直流融冰裝置，人工除冰裝置實用性不強。

2.2.2 線路抗冰整改措施

根據該風電場歷年出現的線路斷線、折塔等異常情況，公司組織設計單位進行了原因分析及整改方案的確定。針對海拔高度超過2 800 m以上的區域，結合風電場投運后的現場實際氣象條件，由設計單位采取了加密鐵塔、更換塔型的整改方式；對于地勢較高且覆冰嚴重的山脊、隘口區域，將架空線路直接更換為電力電纜，集電線路整改后最終采用架空線路和電力電纜混連的方式，從設計源頭直接消除架空線路覆冰問題。整改后更換的鐵塔全部按20 mm覆冰厚度設計，并選擇對應塔型。對與擋距超過200 m的線路，均在兩基鐵塔之間新增1基耐張鐵塔，減少導線對鐵塔的拉力。同時，對架空線路的導、地弧垂均按20 mm冰區進行放線，減小線路覆冰時對鐵塔的拉力。針對原導線使用的防震錘全面取消，在懸垂絕緣子串加裝預絞絲護線條。

由于整改措施的落實實施，風電場在2018年底至2019年初的幾次低溫冰凍天氣未影響架空線路的安全運行。

2.2.3 其他線路問題

在高海拔、高山地區運行的架空線路，存在如下運行問題[1]。

（1）架空線路防雷問題

受所處地理位置影響，高海拔、高山地區的架空線路極易發生雷擊。雷擊直接造成線路跳閘，造成線路上開關、避雷器等設備損壞，影響線路的安全運行。為預防線路雷擊，除安裝常規的架空地線外，該風電場還采取了增加線路避雷器的方式進行雷擊防范。選取了地理位置相對較高的多基鐵塔增加線路避雷器，同時在T接至風機的電纜終端塔上均增加避雷器。通過多年運行，架空線路至今未出現過雷擊跳閘事件，線路防雷效果較為顯著。

（2）導線弧垂及風偏問題

因風電場現場風速較大，架空線路運行后，應全線觀察導線弧垂、風偏后導線相間距離及相對地距離情況，特別關注架空線路垂直排列轉三角形排列后導線是否存在空間立體交叉及相間距離不足的問題，根據實際情況調整線路弧垂，確保在線路風偏或覆冰后相間距離滿足運行要求。

（3）T接至風機的電纜終端塔運行問題

該風電場單臺風機接入架空線路的方式為風機—箱變—電纜—對應桿塔隔離開關—引下線—架空線路的連接方式，其對應桿塔引下線、隔離開關、避雷器、接地線、電纜頭及支柱絕緣子在運行過程中會出現異常，如引下線在支柱絕緣子處脫落、支柱絕緣子固定螺栓松動、隔離開關三相觸頭不同步或接觸不良及避雷器接地線斷裂等問題，直接影響整回線路的安全運行。其中，隔離開關觸頭不同步或接觸不良造成的觸頭局部發熱會燒壞隔離開關，避雷器接地線斷裂后擺動可能造成相間或相對地短路，需及時整改。電廠在運行過程中應重點加強巡視檢查，及時消缺。

3 高海拔地區架空線路設計及運行建議

3.1 架空線路抗冰設計及運行建議

3.1.1 設計階段建議

架空線路的設計階段，設計單位應充分收集線路所處區域海拔高度、地形條件及氣象條件等資料，有針對性地對當地實際氣象條件進行調查研究，特別對微地形、微氣候條件情況可能形成的氣候條件進行研究分析。該風電場在同一片山區，但因地形、海拔高度的不同出現了線路覆冰嚴重程度不同的現象，因此設計單位要對現場地形及可能存在的微氣象條件進行充分論證，正確選擇合適的塔型、導線。掌握氣象條件劃分冰區時，不能通過當地大區域冰區盲目地確定冰區，以免造成冰區劃分錯誤，直接影響線路抗冰能力。

若架空線路區域為重冰區，設計單位應盡量增加耐張塔數量、減小線路擋距及增加線路弧垂。同時，應合理選擇架空線路的路徑，避開嚴重覆冰帶。鐵塔位置盡量選擇在背風面，導線、金具及絕緣子盡量選擇不易覆冰的材料。

針對設計資料，建設單位必須嚴格開展設計審查，組織經驗豐富、技術能力強的咨詢單位及專家進行設計資料審核，確保設計階段存在的問題及時發現、及時整改。

3.1.2 重點做好線路運行過程中的工作

冬季低溫冰凍天氣下，電廠應加強對架空線路的巡視檢查，重點檢查線路、絕緣子及引下線等部位覆冰情況。若覆冰較為嚴重或具有逐步擴大的趨勢，應立即停運線路，根據現場條件采取人工除冰的工作方式。若電廠或變電站配有直流融冰裝置，應及時啟動直流融冰裝置進行融冰處理。人工除冰及直流融冰時，應注意人員安全，人員禁止停留在導線及鐵塔下方，以防墜冰或導線斷裂、鐵塔折塔傷人。

3.1.3 做好架空線路日常維護檢修工作

（1）安排專業維護檢修隊伍定期開展架空線路巡視檢查，重點對線路隔離開關、避雷器、跳線、引下線及絕緣子情況進行檢查，使用紅外線熱成像設備對導線連接部位、隔離開關觸頭部位進行檢測，發現異常及時處理。

（2）根據架空線路運行維護規程規定開展架空線路檢修及缺陷整改，重點對導線、絕緣子等部位開展螺栓緊固。

（3）注重架空線路通道區域樹木修枝問題，確保線路對地距離滿足運行要求；及時清理鐵塔底部或線路通道上存在的雜草，預防線路自身問題造成的火災。

（4）定期做好鐵塔接地電阻檢測工作，確保鐵塔地網接地電阻滿足運行要求，增強線路雷擊時的泄流能力。

4 結 論

目前，國內部分風電場均處于高海拔、高山地區，環境較為惡劣，經常出現大風、低溫冰凍的天氣。針對架空線路抗冰設計，設計單位應充分掌握現場氣象條件及存在的微地形、微氣象情況，準確劃分冰區，嚴格按國家、行業規范合理選擇鐵塔塔型、導線、金具及絕緣子。架空線路投運后，風電場在冬季時應加強對線路的巡檢工作，密切關注線路覆冰情況，根據覆冰嚴重情況采取停運線路或除冰的措施。在工程造價相差不大、且技術條件允許的情況下，建議有條件的風電場在重冰區選擇電力電纜的集電方式。同時，風電場要按架空線路運行檢修規程要求開展線路巡視、檢修及消缺工作，全面消除線路隱患或缺陷，確保線路的安全可靠運行。