沿海风电场雷电危害的特点及防护措施 - 书香防雷.pdf

沿海风电场雷电危害的特点及防护措施 付国振 王海霞 安双平 孟震宝 （河北省防雷中心 河北石家庄 050021） 【摘要】沿海地区风电机组位于沿海滩涂或海面上，有的高度已经超过 80～100 多米，成为闪电放电 的主要目标，沿海地区风电雷击损失占整个风电产业雷击事故的 80%以上。雷电流对海上风电机组的直接 损害主要是雷击产生的热效应和机械效应，对象主要是机械结构、叶片和轴承。间接危害主要有雷电电磁 感应效应和电涌过电压效应，所以机组遭受雷害的原因却是多方面的。风电场防雷是个系统性、多领域的 综合工程，受选址、气象、地质等多因素条件的影响，风电场雷电防御工作既是重点，又是难点，其推进 工作受思想观念、认识程度、经济状况等要素的制约必然要经过大量艰苦的努力，更需要有一个循序渐进， 逐步规范的过程。 我国沿海风力发电在我国处于迅速发展阶段，建设初期大多数没有进行科学的风险评估，对雷电损害 的深入研究不够。机组内部的防雷问题尽管在原理上很简单，实际中却很难做到完善合理，成为制约风力 发电技术发展的一个瓶颈问题。另外，沿海风电场所在地大多为沿海荒地或滩涂，交通落后、偏远，经济 不发达，其运行维护任务非常艰巨，造成重建设、轻维护的思想。 因此，要保持沿海风电产业的健康、快速发展，必须深入分析沿海风电场雷电灾害现状，研究分析风 电机组雷击原因和雷电电磁脉冲的侵入途径，分析研究风电机组的已有防雷关键设计和技术特点，提出沿 海风电机组防雷优化关键防雷技术和具体推荐设计建议，进一步改进优化风电机组叶片、内部雷电流通道 及接地优化设计方案，制定出风电机组电气系统防雷击过电压设计方案，给出风电场设计、建设和运行过 程中防雷策略，可供选择的防雷关键技术方法。主管部门需要加大对沿海风电场防雷装置的规范化建设， 制定防雷地方标准，对风电企业严格实施防雷装置图纸设计审核、施工监督和竣工验收，严格执行防雷行 政许可规定，从源头上强化防雷安全措施。 沿海地区年平均地闪密度非常大，风电场除应采取Ⅰ级防雷措 施外，还应该加强区域雷电防护、预放电和雷电监控预警等先进防雷技术的运用。 【关键词】沿海风电场 雷电危害 防护措施 1 前言 我国海岸线绵长，有丰富的风能资源可供开发。据有关部门统计，我国近海风能资源预 计可达7.5亿千瓦，是陆上风能资源的3倍。沿海风能相对于内陆风能而言，风速大，有效小 时数高。并且，沿海地区有广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为近年来研究和应用 的热点。 然而，由于沿海地区强对流天气多、空气湿润，极易形成地闪，对地面风电机组形成较 大危害。据统计，沿海风电机组雷击损失占整个产业雷击事故的80% 以上，所以沿海风电场 面临成本和环境的双重挑战。但是，由于沿海地区有巨大的风能资源宝库，只要加强各种安 全防护措施，尤其是如果能够在进一步完善常规雷电防护措施的基础上，加强防雷新技术、 新方法的实践应用，沿海风电开发将大有前景。 2 沿海风电场的特点 目前我国风电场主要分为陆上（包括滩涂）和海上，其中海上风电场又分为潮间带和中、 深海域等类型。 由国家能源局和国家海洋局联合制定的《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》要 求海上风电场建设要向深水离岸布局，海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里，滩涂 宽度超过10公里时海域水深不得少于10米的海域布局。在各种海洋自然保护区、海洋特别保 资助项目：2011年中国气象局气象关键技术项目《风电场雷电灾害风险评估及防雷关键技术研究》。 护区、重要渔业水域、典型海洋生态系统、河口、海湾、自然历史遗迹保护区等敏感海域， 不得规划布局风电场。 海上风电是风电发展的重要领域，也是近年来新兴的海上开发利用产业。沿海风力发电 在我国处于迅速发展阶段，建设初期大多数没有进行科学的风险评估，对雷电损害的深入研 究不够。机组内部的防雷问题尽管在原理上很简单，实际中却很难做到完善合理，成为制约 风力发电技术发展的一个瓶颈问题。相对陆上风电，海上风电场面临的主要问题有高成本、 复杂的环境、需要较高的可靠性及海上电力配套措施复杂等原因，所以也相对阻碍了沿海风 电的发展步伐。另外，风电场所在地大多为沿海荒地或滩涂，偏远落后、经济不发达，其运 行维护任务非常艰巨，造成重建设、轻维护的思想，不愿意进行经济和人力的投入。 3 沿海风电场的雷电危害分析 目前，我国已有16个省区安装了风力发电机组