雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害及防御對(duì)策

高海燕

摘 要： 隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越重視可再生清潔能源的發(fā)展。風(fēng)能是目前技術(shù)比較成熟并且具有一定開發(fā)規(guī)模的可再生能源之一。風(fēng)能發(fā)電不僅能夠?yàn)槿藗兲峁┮欢ǖ碾娏Y源，同時(shí)也是一種綠色的能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是在自然環(huán)境條件下進(jìn)行工作的，非常容易受到外界環(huán)境的影響。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量逐漸增大，能夠吸收較多能量的同時(shí)，也增大了發(fā)電機(jī)組被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。本文就雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害及防御對(duì)策展開相關(guān)敘述，希望能夠進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 雷電;風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;危害;防御對(duì)策

【中圖分類號(hào)】TM315 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）21-0195-01

引言：隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的增大，被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。雷擊已經(jīng)成為了自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害的一個(gè)因素。發(fā)生雷電時(shí)，雷電會(huì)釋放較多的能量，造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損壞、內(nèi)部元器件損壞等問(wèn)題。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)組被雷電擊中，不僅會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)停機(jī)、損壞等現(xiàn)象，損失許多發(fā)電量，也會(huì)造成巨額的維修費(fèi)用。為了能夠有效降低雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害，相關(guān)人員需要及時(shí)做出具有針對(duì)性的預(yù)防措施，進(jìn)一步提高對(duì)風(fēng)力發(fā)電資源的能源利用率。

1 雷電的相關(guān)特征以及雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的具體危害

1.1 雷電的相關(guān)特征

雷電主要是由于空氣中的塵埃、冰等物質(zhì)在大氣中產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)所造成的，云層中會(huì)形成一個(gè)帶電中心，這些物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中如果被其他不同電性的帶電中心擊穿，就會(huì)形成較大能量的放大現(xiàn)象。雷電的沖擊電流非常大，高達(dá)幾萬(wàn)，有時(shí)候甚至幾十萬(wàn)安培。雷擊的時(shí)間非常短，先導(dǎo)放電、主放電、余光放電三個(gè)過(guò)程加起來(lái)一般不會(huì)超過(guò)60微秒。雷電流的變化梯度非常大，沖擊電壓也較高。強(qiáng)大的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的感應(yīng)電流非常大。一般情況下，雷擊主要分為感應(yīng)雷、直擊雷、球形雷三種形式[1]。

1.2 雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的具體危害

一般情況下，雷電對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生危害的主要途徑是雷電波入侵、雷電直擊、雷電感應(yīng)等方式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般位于風(fēng)能資源較好、視野比較開闊的自然環(huán)境，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是完全暴露在自然環(huán)境中的。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生雷擊事故的概率是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平均高度成正比的。由于風(fēng)力發(fā)電組的大型葉片高度較高，大型葉片被雷擊的概率是最高的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的防雷環(huán)境較差，內(nèi)部的多個(gè)電子器件都被放置在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)。如果發(fā)生雷擊現(xiàn)象將會(huì)造成很嚴(yán)重的危害，很可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大型葉片爆炸、內(nèi)部電子元件損壞。不僅會(huì)損失較多的發(fā)電量，同時(shí)也會(huì)造成巨額的維修費(fèi)用。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的地理環(huán)境不同，可能會(huì)遭受雷擊的概率和雷擊的具體程度也會(huì)有所區(qū)別。通常情況下，處于山區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生雷擊事故的概率往往較高。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組受到雷擊后，幾乎一半的能量會(huì)被引流放入地面，但是40%左右的能量依舊會(huì)在供電系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行分流。5%左右的雷擊能量會(huì)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的通信電纜分流，剩下的雷擊能量一般會(huì)通過(guò)其他的管道、線纜等分流。雷電擊中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之后，附近地區(qū)的電壓會(huì)升高，周圍環(huán)境也會(huì)形成一個(gè)巨大的跨步電壓。雷擊入侵風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之后，內(nèi)部的設(shè)備之間也會(huì)產(chǎn)生地電位反擊。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受雷擊的概率與具體的安裝位置、安裝的高度、發(fā)電機(jī)組的分布情況等之間存在著十分密切的聯(lián)系[2]。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的具體防雷對(duì)策

2.1 利用新型材料防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組被雷擊

雷電對(duì)電氣設(shè)備的破壞性較強(qiáng)，通過(guò)降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)部的阻抗，使其對(duì)地面形成通路是能夠有效避免雷擊的。依據(jù)這一特性，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型葉片上加入導(dǎo)電性能較好的碳釬維材料，在葉尖部位處安裝一個(gè)避閃器，使電纜與大型葉片法蘭相互連接，再經(jīng)過(guò)內(nèi)部的接地線引入地網(wǎng)就能夠形成一個(gè)防雷效果較好的雷電通道。發(fā)生雷擊事故時(shí)，強(qiáng)大的雷擊電流會(huì)通過(guò)該雷電通道放入大地，有效避免雷擊事故的發(fā)生，同時(shí)也不會(huì)造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型葉片損壞。

2.2 利用避雷網(wǎng)來(lái)防止雷電事故發(fā)生

相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在整個(gè)風(fēng)場(chǎng)建筑工程的基礎(chǔ)之上，將導(dǎo)電橫截面積足夠的金屬導(dǎo)體連接成一個(gè)低電阻的避雷網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)避免雷電事故發(fā)生的目的。接地電阻較小，雷擊事故發(fā)生時(shí)，所產(chǎn)生的巨大電流才能迅速地釋放到大地之中。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電子設(shè)備也能夠有效避免強(qiáng)電流高電壓的沖擊，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的相關(guān)設(shè)備也能夠起到一個(gè)良好的保護(hù)效果。

2.3 利用避雷器來(lái)防止雷電事故的發(fā)生

所謂避雷器，也就是通常所指的電涌保護(hù)器。相關(guān)人員通過(guò)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電力電纜和通訊控制線路上安裝避雷器，就能夠?qū)⒁驗(yàn)槔纂姼袘?yīng)而進(jìn)入電力電纜線、通訊控制線路內(nèi)的高電壓限制在安全范圍內(nèi)。安裝避雷器能夠有效地避免設(shè)備發(fā)生雷擊事故時(shí)，出現(xiàn)設(shè)備損壞或者設(shè)備燒毀的現(xiàn)象。此外，通常情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的通訊設(shè)施抗干擾能力較差，為了能夠有效避免雷擊事故所帶來(lái)的相關(guān)影響，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與風(fēng)場(chǎng)監(jiān)管系統(tǒng)中的通訊聯(lián)系方式可以修改為光纖傳輸。光纖傳輸能夠有效避免雷擊事故發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的影響。

總結(jié)：綜上所述，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因?yàn)槔讚羰鹿识a(chǎn)生巨額經(jīng)濟(jì)損失的案例屢見(jiàn)不鮮。為了能夠進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)電力能源的發(fā)展，相關(guān)人員需要加強(qiáng)設(shè)備防雷意識(shí)，積極做好防雷的相關(guān)措施。利用新型材料、避雷網(wǎng)、避雷器等方式都能夠有效避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生雷擊事故的概率。雷電事故發(fā)生時(shí)，雷電產(chǎn)生的能量十分巨大，雷擊的方式也是多種多樣。及時(shí)采取合理的防雷措施，不僅能夠避免巨額的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提高我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷的技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張潛玉.雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害及防御對(duì)策[J].科技風(fēng)，2015，000（016）：69-69.

[2] 林品樂(lè)，陳光健.淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的雷電防護(hù)措施[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015，000（005）：767-767.