淺談風(fēng)能發(fā)電站雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

張瑩　史桂芝

[摘要]風(fēng)力發(fā)電是近年來新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中最為活躍的產(chǎn)業(yè)。為了響應(yīng)這一需求，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了快速發(fā)展。與此同時(shí)，風(fēng)能發(fā)電站大量建設(shè)起來。但由于各種因素包括自然和人為的影響，風(fēng)能發(fā)電站的雷擊風(fēng)險(xiǎn)總是不小。而風(fēng)能發(fā)電站雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，會(huì)t大大有利于風(fēng)能發(fā)電站的防雷工作。就風(fēng)能發(fā)電站的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及應(yīng)采取的保護(hù)措施，本文作了淺談。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)能發(fā)電 雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 保護(hù)措施

[中圖分類號(hào)] TK81 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-339-1

風(fēng)能發(fā)電站雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的意義：

作為當(dāng)前最具開發(fā)潛能、最清潔的可再生資源，風(fēng)能如今已經(jīng)被人們廣泛接受和利用。

隨著全球溫室效應(yīng)的日趨嚴(yán)重，低碳成為各國政府相繼倡導(dǎo)的一項(xiàng)重要的環(huán)保理念；在全球碳交易（CDM）的背景下，我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展得到了快速的發(fā)展，在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，雷電（接地）對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的影響逐步得到了業(yè)主和風(fēng)電制造企業(yè)的重視。

在自然界中，雷電是一種危害性極強(qiáng)的現(xiàn)象。雷擊不僅會(huì)造成人員傷亡，而且還會(huì)導(dǎo)致各種電力設(shè)備、電子設(shè)備損壞，其危害性非常之大。

在風(fēng)能發(fā)電站的運(yùn)轉(zhuǎn)中，風(fēng)電機(jī)組是其重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電機(jī)因具有體積大、高度高的特點(diǎn)，常常會(huì)遭受雷擊，雖然機(jī)組也都采取了一定的防雷保護(hù)措施，但在一些雷電密集區(qū)，如風(fēng)雷發(fā)電站，就常常受到雷擊的威脅。

而雷擊是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中經(jīng)常遇到的自然災(zāi)害，是造成風(fēng)機(jī)停機(jī)的原因之一。

由于風(fēng)電機(jī)組維修費(fèi)用高昂，風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊往往會(huì)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。

（1）明確影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭雷擊的因素。

影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭雷擊的因素很多，歸結(jié)起來不外乎內(nèi)部和外部因兩種因素。

影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭雷擊的外部因素主要來自兩個(gè)方面：自然條件和認(rèn)為條件，根據(jù)這兩個(gè)來源，就可將其分為自然條件因素和人為條件因素。

自然條件因素主要指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處的地理位置，海拔、地質(zhì)條件、雷暴活動(dòng)特點(diǎn)。

人為因素則重點(diǎn)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接地系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接地系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在高接地電阻下運(yùn)行，可能產(chǎn)生的后果就是地電位的飄移，而潛在的隱患就是增加雷擊風(fēng)險(xiǎn)。

（2）清楚風(fēng)能發(fā)電站受到的雷擊威脅。

在雷擊發(fā)生時(shí)，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言所受到的威脅可分為三種：直擊雷威脅、雷電電磁脈沖威脅以及內(nèi)部工藝產(chǎn)生的電位差造成的威脅對(duì)于以上三種威脅前兩種威脅較為清晰，而后一種比較模糊。實(shí)際上內(nèi)部工藝產(chǎn)生的威脅主要是整機(jī)防雷系統(tǒng)的不完善。由于內(nèi)部防雷系統(tǒng)不完善而造成的電涌保護(hù)器（SPD）無法實(shí)現(xiàn)能量配合、SPD選型不對(duì)，高掛低用、殘壓超過被保護(hù)設(shè)備的耐壓值、SPD接地線過長、整機(jī)等電位系統(tǒng)對(duì)地阻抗不匹配等因素都是內(nèi)部工藝不完善可能造成設(shè)備損壞的主要原因。

（3）分析風(fēng)雷發(fā)電站中受雷擊部位及其保護(hù)。

第一，接閃器。接閃器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中位置最高的部件，葉片是雷電襲擊的首要目標(biāo)，同時(shí)葉片又是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最昂貴的部件，因此葉片的防雷擊保護(hù)至關(guān)重要。

對(duì)于葉片的保護(hù)，可以在葉尖加裝一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的不銹鋼螺桿，即葉片最可能被襲擊的部位，接閃器可以經(jīng)受多次雷電的襲擊，損壞后也可以方便地更換。接閃器的另一端與葉片內(nèi)做為引下線的鋼絲或銅導(dǎo)線連接。

第二，機(jī)艙。在機(jī)艙上部周圍敷設(shè)避雷帶，為了防止對(duì)機(jī)艙內(nèi)的設(shè)備造成影響，避雷帶應(yīng)用絕緣子與機(jī)艙隔離。

第三，測(cè)風(fēng)設(shè)備的傳感器。測(cè)風(fēng)設(shè)備的傳感器可以用避雷針保護(hù)。為了防止雷擊時(shí)產(chǎn)生繞擊和側(cè)擊，加裝屏蔽型的避雷環(huán)給予保護(hù)。因此位于LPZ0區(qū)的部件，可以采用避雷針、避雷帶相結(jié)合的方式進(jìn)行保護(hù)，并將避雷針與避雷帶連為一體。

（4）積極采取防雷擊措施。

第一，接地。在風(fēng)能發(fā)電站，幾乎越高遭雷擊的概率越高，同時(shí)機(jī)組越高造成大氣的等電位分布畸形越大。在正常的大氣電場(chǎng)下，由于空氣對(duì)流及空氣導(dǎo)電雜質(zhì)的分布較為平均，所以靜電場(chǎng)在常態(tài)的表現(xiàn)為平均的等電位分布線（靜電場(chǎng)等電位線）。在風(fēng)機(jī)的周圍，靜電場(chǎng)等電位線發(fā)生畸變，導(dǎo)致在風(fēng)機(jī)頂端形成密集電荷區(qū)，這種電荷區(qū)正電荷的密度高于周圍電荷的密度。所以，也是容易形成上行先導(dǎo)的重要原因，而當(dāng)機(jī)組的相對(duì)高度增加時(shí)，這種靜電場(chǎng)的畸變也會(huì)更強(qiáng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是否會(huì)遭到雷擊IEC62305給出了模擬計(jì)算公式，按照該公式的關(guān)系可以得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭雷擊的概率、按照現(xiàn)在MW機(jī)組平均高度在90M以上計(jì)算，其雷擊概率為每10年遭受3次雷擊，這組數(shù)據(jù)關(guān)系中沒有引入雷暴地區(qū)的雷暴密度和接地電阻和機(jī)組所在地海拔高度的因素。

第二，引下線。雷電流的引下是一個(gè)復(fù)雜的過程，為了減少和避免雷電流經(jīng)過的地方對(duì)機(jī)艙內(nèi)設(shè)備造成干擾和損壞，引下線越短越好，經(jīng)過的途徑要少越好。傳統(tǒng)的引下線方式是葉尖——葉片——輪轂——發(fā)電機(jī)的碳刷，因此發(fā)生雷擊時(shí)，碳刷等部件極易損壞。為了改進(jìn)傳統(tǒng)的引流方法，利用放電間隙的原理，可以在機(jī)艙的下端安裝一個(gè)橫向齒輪，在葉片的根部安裝一個(gè)縱向齒輪，兩個(gè)齒輪與塔架絕緣，這樣無論輪轂怎樣旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)齒輪之間都會(huì)有一個(gè)間隙，這類似于最初用在變電站的空氣間隙型避雷器，一端連著接閃器，一端連著接地體。這樣，在發(fā)電葉片接閃雷電流時(shí)，雷電流就沿固定的路徑入地，從而有效地避免了雷電流通過其它途徑接閃器在接閃電流以后可以沿著下列途徑泄放入地，該方法是利用放電間隙的原理，措施。塔架、所有金屬設(shè)備，如開關(guān)柜、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，應(yīng)連接到局部等電位連接帶。同時(shí)應(yīng)將金屬設(shè)備的等電位接地與電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)避雷器的接地端子分開，整個(gè)接地系統(tǒng)始終采用共地不共線的原則，避免各接地端子上因高電位產(chǎn)生反擊、火花放電等現(xiàn)象。

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