风电后市场微平台|风电运维 | 某风电场远程通信光缆雷击损坏事故案例

摘　要：光缆中光纤是非金属材料，其传输的光信号不受外界的电磁场干扰，雷电虽然不能对光纤通讯产生干扰，但雷电闪击大地或通过风电机塔筒引下时可能造成光缆机械损伤，导致光纤通讯的中断。本文详细描述了某风电场的远程通信光缆雷击损坏的事故现象和原因分析，供大家借鉴参考。

关键词：风电场；集电线路；倒塔断线

某风电场的远程通讯光缆长期受到雷电的侵袭，给风电场造成了很大困扰。在一次雷电天气过后，又有多台风电机发生通信中断故障。排查发现多台风电机组通信光纤盒以及附近电缆存在不同程度的烧损。经过现场勘查和深入分析，雷击确实是通信光缆损坏的原因。

某风电场多台风电机组在同一天雷电过后远程通信中断，由于当时雷雨天气无法到达机位，次日到风场检查后发现共有4台风电机组存在不同程度雷击损坏，具体情况如下：

其中3台风电机组塔基处导电轨下方1×150mm2动力电缆、机舱控制柜4×16mm2电源线电缆、7×1.5mm2控缆、机舱到塔基光缆、风电机组之间远程通信光缆、光缆接线盒、灯线、五芯插座线等均有不同程序损坏。如图1所示。

图1：雷击损坏照片

另一台风电机组仅是远程通信光缆接线盒烧坏。如图2所示（左侧为雷击图，右侧为正常图）。

图2：远程通信光缆盒雷击损坏

通过对雷击风电机组的仔细排查，发现每台风电机组都是远程通信光缆盒的光缆吊丝（铁丝）处有明显的放电熔化痕迹，如图3所示。

图3：光缆接线盒雷击放电痕迹

塔基平台处，导电轨电缆接线箱下端动力电缆虽然损坏，但无明显放电打火痕迹。导电轨下方接线盒内铜排及电缆只有被熏黑变色的痕迹，并无打火放电痕迹。如图4所示。

图4：电缆损坏痕迹

检查该风电场其余风电机组远程通信光缆的安装工艺，发现光缆内加强吊丝（钢丝）都接在光缆接线盒的公共接地点上，再用1根2米长1×4mm2地线接到塔基基础环的接地扁铁上，见图5所示。

图5：某风场远程通信光缆吊丝安装方式

断开光缆接线盒内光纤吊丝两侧的接地点，测量吊丝对地电压大约为1.30V，电阻大约为6.32MΩ。所以，可判断出该光纤吊丝只在风电机组塔基光缆接线盒内接地，并未在其它位置接地。

该风电场风电机组之间的通信光缆为地埋，通信光缆在风电机组到箱变间与690V电缆共用一个电缆管道，通信光缆在箱变间与35KV电缆共用一个电缆管道，如图图6所示：

图6：某风场光缆走线

风电场风电机组接地网的接地电阻每年由当地专业机构测量一次，之前每台风电机组每年的测试结果都小于4Ω。

通过对该风电场历年运行情况的了解，上一年也发生过这种雷击光缆的情况，而且部分风电机组也只是远程通信光缆盒烧坏，铁丝接地处有明显打火痕迹，跟本次雷击情况一致。

风电机组远程通信光缆走线要求，在风电机组整机厂家设计图纸上有规定远程通讯光缆单独走自身的线缆管道，如图7所示。所以该风电场的远程通信光缆与690V、35KV共用一个电缆管道存在不符合规范的问题。

图7：风电机组地埋线缆布置设计要求

光缆利用光纤作通信介质可以免受冲击电流，如雷电冲击的损害。对非金属光缆是可以做到这一点，但埋式光缆中加强件、防潮层(铝箔层)和铠装层以及有远信或业务通信用铜导线。这些金属件仍可能遭受雷电冲击，从而损伤光缆，严重时使通信中断。因此，一般直埋光缆将根据当地雷暴日、土地电阻率以及光缆内是否有铜导线等因素，采取具体的防雷措施。要求如下：

（一）防雷线

当土壤电阻率小于100欧姆·米时，不设防雷线。

当土壤电阻率大于100欧姆·米且小于500欧姆·米时，设一条防雷线。当土壤电阻率大于500欧姆·米时，设两条防雷线。防雷线的连续布放长度应不小于2公里。

（二）光缆在野外长途塑料管道中敷设时

当土壤电阻率小于100欧姆·米时，不设防雷线。当土壤电阻率大于100欧姆·米时，设一条防雷线。防雷线的连续布放长度应不小于2公里。

（三）光缆接头处两侧金属构件不作电气连通。

（四）局站内的光缆金属构件应接防雷地线，光缆加强芯及外护铠应与站内ODF架或综合柜接地保持联通。

（五）雷害严重地段，光缆可采用非金属加强芯或无金属构件光缆。

（六）光缆线路应尽量绕避雷暴危害严重地段的孤立大树、杆塔、高耸建筑等易引雷目标。无法避开时，应采用消弧线等措施对光缆线路进行防护

另外，长途直埋光缆埋在地下，常常会同其它管线等设施平行或交越，为保证光缆及其它设施的安全，相互应保持一定距离，使光缆金属构件的短期和长期危险纵电动势较小。具体要求如表1所示。

表 1：直埋光缆与基他建筑设施的最小隔距表

由于受雷击影响的风电机组都是光纤接线盒吊丝处烧毁最严重，附近有明显的放电打火痕迹，而其它部位并无明显放电痕迹；风电机组之间通信光纤在690V侧与之共用一个线缆管道，在35KV侧也与之共用一个线缆管道，不符合风电机组设计中对通信光缆的施工要求，也不符合直埋光缆与35KV电缆的最小隔距要求；结合部分风电机组雷击后只有远程通信光缆损坏，以及历年出现过类似问题，本次事故主要原因为风电机组之间通信光缆内的铁丝（金属加强芯）在雷雨天气引入雷感应电流，导致光纤铁丝处瞬间放电起火，并产生高温，同时引燃周围动力电缆，灯线，控缆等。

（一）该风电场重新铺设光缆，采用将风电机组远程通信光缆内吊丝改接到风电机组基础环接地网方法，目前运行两年多再未出现类似雷击情况。

（二）风电场光缆铺设施工设计时应充分考虑雷电分布、地质条件以及安全距离等因素，并严格按照规范要求施工，避免光缆受雷电影响。铺设光缆时应尽量避开雷击区，选择安全的铺设路径。

（三）雷电比较严重的地区，可以采取引雷入地的方法。根据落雷规律，在雷击区可埋设一定长度的排流线（消弧线），且尽量选取阻抗小、耐腐蚀性的金属作为排流线。

通过对本次事故发生时天气状况和现场的实际损坏情况分析，可以判断本次事故确为雷击所致。风电场根据现场的实际情况对光缆铺设路径和方案进行合理设计、合理施工是避免光缆遭受雷击的关键。值得注意的是，通信光缆的物理特征决定了其防雷的特殊性，不同问题还要采取不同方法进行处理，本案例希望可以对大家分析风电场通信光缆雷击问题起到积极的作用。

参考文献：

[1]华锐风电，SL1500kW系列风力发电机组维护手册.

[2]华锐风电，电控系统原理图Bachmann_PLC_PM3000_LVRT.

[3]华锐风电，SL1500kW机组故障处理手册（V20120706版）.

[4]CEI-IEC-61400-1-2005，风电机组设计要求.

[5]IEC TR61400-24，风力发电机的雷电防护IECTR61400-24风力发电机的雷电防护.

[6]GB 50689-2011，通信局站防雷与接地工程设计规范.

作者：华电福新安徽新能源有限公司 孙兵

来源：《风能产业》2022.01