文 | 牛清华

近年来，随着国家对清洁能源的大力提倡和开发，风能作为清洁能源得到了大力推广。高海拔地区（如云贵高原）风能资源一般比较充足，但这些地区的电力事业发展相对滞后，缺电问题比较突出，因此有必要开发高海拔风电场来推进当地经济的发展，然而高海拔地区自然气候条件非常恶劣，因此对风电场场内集电线路可靠性的要求更高，本文将着重分析风电场在高海拔条件下场区35kV集电线路的设计特点。

高海拔地区对风电场集电线路的影响

高海拔地区的气候特征有：气压低、空气稀薄；气象复杂、雷击频繁；紫外线强、昼夜温差大；部分高海拔地区覆冰凝冻现象严重。下面将针对以上特征分析对风电场35kV集电线路的影响。

气压或者空气密度较低，同等电压情况下，空气容易产生电离现象，空气间隙击穿电压减小，风电场集电线路中常用的避雷器或电缆终端的外绝缘强度与放电电压降低，极易发生闪络或绝缘击穿等破坏性事故。

气象条件复杂且雷击频繁，对于风电场架空线路影响较大，当线路落雷导致线路避雷器损坏后如不及时更换，极易损坏电气设备，造成巨大损失。

紫外线强及昼夜温差大，易造成电缆及电缆终端绝缘老化。

部分高海拔地区覆冰现象严重，易导致风电场架空线路中的导线弹跳、断线、倒塔事故，也易导致绝缘子串的冰闪事故，造成整个线路跳闸。

高海拔风电场集电线路设计案例分析

西藏那曲风电场位于西藏自治区中偏北,场区最高海拔约4800m,风电机组发出的电能经35kV架空线路接入新建110kV升压站。经现场调查、收集有关资料，确定本线路的设计气象条件如表1。

针对以上气象条件，进行线路设计分析如下：

一、杆塔选型

空气间隙的击穿电压及绝缘子的闪络电压与大气状态（气压、温度、湿度）有关，高海拔地区由于海拔的原因，直接影响大气压力使其下降，导致气体和绝缘击穿电压降低，因此架空输电线路的塔头间隙和绝缘配置需要大大提高。

表1 西藏那曲风电场设计气象条件

表2 最小空气间隙距离表

本项目输电线路电压等级为35kV，所选塔型均为典型设计铁塔，考虑到海拔原因，需要加大塔头间隙，塔型的选择需考虑到送电线路雷电过电压间隙的增大和线路绝缘子串长度的增加，各类电压等级最小空气间隙距离见表2，因此本项目选用了110kV铁塔。

二、绝缘子选择

由于本风电场海拔较高，紫外线照射较严重，如选用复合绝缘子，老化问题较严重，因此本工程选用了常规的陶瓷绝缘子XWP-7。

本项目所在地区海拔超过了4800m，污秽等级为三级，泄露比距选3.2cm/kV，根据国家电网公司物资采购标准中的《高海拔外绝缘配置技术规范》（2009版），高海拔高压绝缘子外绝缘水平海拔修正按公式（1）进行。

U－高海拔用绝缘子在海拔不超过1000m地区试验时的外绝缘试验电压，kV；

U0－绝缘子额定耐受电压，kV；

Ka－外绝缘强度的高海拔校正因数， 由公式（2）决定；

式中：

H2－绝缘子使用地点海拔高度，m；

H1－试验地点（制造厂家）海拔高度，m；

m－海拔修正因子，工频、雷电电压修正因子m＝1.0，操作过电压修正因子m＝0.75。

由式1、式2得U＝55.79kV，计算本地区35kV线路的爬电距离为1.785m，XWP-7的泄露距离为0.4m，因此本项目所选悬式绝缘子数量为5片，耐张绝缘子数量为6片。

三、电缆终端选型

常规项目中35kV电缆终端优先选用冷缩型，但冷缩型电缆终端一般为预制式，如需加大爬电距离，需重新设计预制模，考虑到造价和工期，本项目采用了优质品牌的热缩电缆终端，热缩电缆终端一般为现场制作，可以随意调节电缆终端伞裙以调整爬电距离，另外本电缆终端选择采用3层挤出热缩结构和单管绝缘管结构，实现了强握力，这种独特材料的设计，实现和电缆本体相似的热膨胀系数，能满足在寒冷、高热、昼夜温差大的高原环境下安全运行。

四、杆塔接地

本项目所处地区为永冻土地区，勘测到冻土层厚度为3m,按照GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》中的规定，本工程杆塔接地方式为敷设深钻式接地极，并保证深入地面以下8m。接地施工图如图1所示。

五、避雷器选型

本项目避雷器选型为YH10WX-54/150，由于项目所在区域为雷电多发区（年均雷暴日为85.2天），避雷器在户外受雷击的概率比较大，所以将标称放电电流增大为10kA，方波通流容量增大为800A。除此以外，还要对避雷器的爬电距离和工频耐压进行海拔修正。

高海拔覆冰区域集电线路设计分析

目前，高海拔风电场覆冰较严重地区大部分处在云贵高原区域，风电场架空线路上有较厚覆冰时（图2所示），易发生如下事故。

图1 杆塔接地施工图

图2 导线覆冰实拍照片

（1）基础下沉或断线倒塔。铁塔基础所承载重量包括铁塔、导线、地线、绝缘子金具的重量；杆塔导线上覆冰的重量；风偏作用力。当承载重量或拉力超过设计值过多时，易引起基础的不均匀沉降或有可能使输电导线或金具的某一环节率先断开，从而发生倒塔断线事故。

（2）绝缘子冰闪或短路事故。绝缘子表面的覆冰在伞裙间形成冰凌使绝缘子串的各个绝缘子间的空气间隙缩短，并且在融冰时易形成导电水膜导致泄露电流增大，发生冰闪事故。此外输电线路承受载荷过大，其导线弧垂也会增加，使导线与大地间的绝缘空气距离减小，发生短路事故。

（3）脱冰跳跃事故。输电线路的舞动会造成金具损坏、输电线路断股、断线、断塔头、杆塔倾斜等现象。

针对以上问题，处于高覆冰区域风电场的集电线路优先选用全电缆方式，如现场部分路段不允许采用电缆方式时，架空线路的设计应注重采取避冰和抗冰措施：

1 避冰措施：线路路径选择时应尽量做到避免横跨垭口、风道和通过湖泊、水库等容易覆冰地段，通过山岭地带时应沿覆冰时的背风坡或山体阳坡走线。

2 抗冰措施：首先，重覆冰地区的架空线路定位档距不宜过大，同时要求各档距间尽量均匀，以减少不平衡张力；其次，各相邻档的高低差也需要减少，以避免脱冰跳跃和不均匀覆冰时对绝缘子的破坏；第三，需根据覆冰的严重程度，选择适当的绝缘子、金具、导线和杆塔型式，必要时可进行特殊设计以应对冰灾对风电场线路的危害。

结语

本文通过分析高海拔风电场集电线路的设计特点，可进一步优化设计方案来提高高海拔风电场集电线路的安全性和可靠性，降低线路故障率，减小对当地电网的影响。