浅谈风能发电站雷击风险评估

浅谈风能发电站雷击风险评估
风力发电是近年来新能源产业领域中最为活跃的产业。

为了响应这一需求，我国风电产业的发展得到了快速发展。

与此同时，风能发电站大量建设起来。

但由于各种因素包括自然和人为的影响，风能发电站的雷击风险总是不小。

而风能发电站雷击风险评估，会t大大有利于风能发电站的防雷工作。

就风能发电站的雷击风险评估及应采取的保护措施，本文作了浅谈。

标签：风能发电雷击风险评估保护措施
风能发电站雷击风险评估的意义：
作为当前最具开发潜能、最清洁的可再生资源，风能如今已经被人们广泛接受和利用。

随着全球温室效应的日趋严重，低碳成为各国政府相继倡导的一项重要的环保理念；在全球碳交易（CDM）的背景下，我国的风电产业发展得到了快速的发展，在风电产业快速发展的同时，雷电（接地）对风力发电机组运行产生的影响逐步得到了业主和风电制造企业的重视。

在自然界中，雷电是一种危害性极强的现象。

雷击不仅会造成人员伤亡，而且还会导致各种电力设备、电子设备损坏，其危害性非常之大。

在风能发电站的运转中，风电机组是其重要组成部分。

风力发电机因具有体积大、高度高的特点，常常会遭受雷击，虽然机组也都采取了一定的防雷保护措施，但在一些雷电密集区，如风雷发电站，就常常受到雷击的威胁。

而雷击是风电机组运行过程中经常遇到的自然灾害，是造成风机停机的原因之一。

由于风电机组维修费用高昂，风电机组遭受雷击往往会带来较大的经济损失。

（1）明确影响风力发电机组遭雷击的因素。

影响风力发电机组遭雷击的因素很多，归结起来不外乎内部和外部因两种因素。

影响风力发电机组遭雷击的外部因素主要来自两个方面：自然条件和认为条件，根据这两个来源，就可将其分为自然条件因素和人为条件因素。

自然条件因素主要指风力发电机组所处的地理位置，海拔、地质条件、雷暴活动特点。

人为因素则重點是风力发电机组的接地系统，风力发电机组的接地系统对于风力发电机组的由于风力发电机组在高接地电阻下运行，可能产生的后果就是地电位的飘移，而潜在的隐患就是增加雷击风险。

（2）清楚风能发电站受到的雷击威胁。

在雷击发生时，对于风力发电机组而言所受到的威胁可分为三种：直击雷威胁、雷电电磁脉冲威胁以及内部工艺产生的电位差造成的威胁对于以上三种威胁前两种威胁较为清晰，而后一种比较模糊。

实际上内部工艺产生的威胁主要是整机防雷系统的不完善。

由于内部防雷系统不完善而造成的电涌保护器（SPD）无法实现能量配合、SPD选型不对，高挂低用、残压超过被保护设备的耐压值、SPD接地线过长、整机等电位系统对地阻抗不匹配等因素都是内部工艺不完善可能造成设备损坏的主要原因。

（3）分析风雷发电站中受雷击部位及其保护。

第一，接闪器。

接闪器作为风力发电机组中位置最高的部件，叶片是雷电袭击的首要目标，同时叶片又是风力发电机组中最昂贵的部件，因此叶片的防雷击保护至关重要。

对于叶片的保护，可以在叶尖加装一个特殊设计的不锈钢螺杆，即叶片最可能被袭击的部位，接闪器可以经受多次雷电的袭击，损坏后也可以方便地更换。

接闪器的另一端与叶片内做为引下线的钢丝或铜导线连接。

第二，机舱。

在机舱上部周围敷设避雷带，为了防止对机舱内的设备造成影响，避雷带应用绝缘子与机舱隔离。

第三，测风设备的传感器。

测风设备的传感器可以用避雷针保护。

为了防止雷击时产生绕击和侧击，加装屏蔽型的避雷环给予保护。

因此位于LPZ0区的部件，可以采用避雷针、避雷带相结合的方式进行保护，并将避雷针与避雷带连为一体。

（4）积极采取防雷击措施。

第一，接地。

在风能发电站，几乎越高遭雷击的概率越高，同时机组越高造成大气的等电位分布畸形越大。

在正常的大气电场下，由于空气对流及空气导电杂质的分布较为平均，所以静电场在常态的表现为平均的等电位分布线（静电场等电位线）。

在风机的周围，静电场等电位线发生畸变，导致在风机顶端形成密集电荷区，这种电荷区正电荷的密度高于周围电荷的密度。

所以，也是容易形成上行先导的重要原因，而当机组的相对高度增加时，这种静电场的畸变也会更强。

风力发电机组是否会遭到雷击IEC62305给出了模拟计算公式，按照该公式的关系可以得出风力发电机组遭雷击的概率、按照现在MW机组平均高度在90M以上计算，其雷击概率为每10年遭受3次雷击，这组数据关系中没有引入雷暴地
区的雷暴密度和接地电阻和机组所在地海拔高度的因素。

第二，引下线。

雷电流的引下是一个复杂的过程，为了减少和避免雷电流经过的地方对机舱内设备造成干扰和损坏，引下线越短越好，经过的途径要少越好。

传统的引下线方式是叶尖——叶片——轮毂——发电机的碳刷，因此发生雷击时，碳刷等部件极易损坏。

为了改进传统的引流方法，利用放电间隙的原理，可以在机舱的下端安装一个横向齿轮，在叶片的根部安装一个纵向齿轮，两个齿轮与塔架绝缘，这样无论轮毂怎样旋转，两个齿轮之间都会有一个间隙，这类似于最初用在变电站的空气间隙型避雷器，一端连着接闪器，一端连着接地体。

这样，在发电叶片接闪雷电流时，雷电流就沿固定的路径入地，从而有效地避免了雷电流通过其它途径接闪器在接闪电流以后可以沿着下列途径泄放入地，该方法是利用放电间隙的原理，措施。

塔架、所有金属设备，如开关柜、电动机、发电机，应连接到局部等电位连接带。

同时应将金属设备的等电位接地与电源系统、控制系统、信号系统避雷器的接地端子分开，整个接地系统始终采用共地不共线的原则，避免各接地端子上因高电位产生反击、火花放电等现象。

参考文献
[1]李玉照徐彬彬王松吴浩吴敏孙大雨.风力发电机雷击风险评估与防护浅析
[A].第七届长三角气象科技论坛论文集.2010年.
[2]崔雪.基于新国标的教学楼及电子设备雷击风险评估[J].电瓷避雷器.2010.01期.
[3]乔国林.基于电磁分析的堆取料机系统雷击风险评估[J].安防科技.2010.12期.
[4]刘伟.风力发电机雷电灾害风险评估简析[J].华中电力.2014.01期.。