基于雷电预警技术的风电设施防雷技术（可编辑）.docVIP

基于雷电预警技术的风电设施防雷技术 文章编号: ? 基于雷电预警技术的风电设施防雷技术 李强 王婷婷 李楠。 摘要引言 风力发电技术迅猛发展,单机发电 量不断增加,风电机组高度已增加到上 从 世纪 年代开始,风力发电首先在美国、西欧等发达国家 百米,风电机组叶片遭受雷击风险也随 发展起来,风力发电从低功率小型发电机发展到现在的兆瓦级风电 之加大.通过雷电损害实例分析风机叶 机,不断地朝大型化方向发展,风电机组的高度也由过去的几十米增 片雷击灾害机理,分析雷电击中风机叶 片的形成和发展过程,总结大型风机叶 加到现在的一百多米,其中 风电机组高度已接近.风 片的特点和风电场的环境因素,以大气 电机组单机发电量增加要求轮毂高度和叶轮直径随之增加,风电机 电场仪的预警数据为基础,结合前沿的 组遭受的雷击率也不断增加.风电机组在雷雨天气时能否正常工作, 等离子体防雷新技术,针对风力发电机 的具体情况进行改进,提出实现风电叶 风电机组本体及机内的各种设备是否易受雷电损害显得尤为重要. 片主动避雷的防雷技术构想,探索一种 风电机组发电量的增加同时会导致整个风电产业的零部件研发制 实现风电机组设备避雷的新思路. 造、运输组装费用增加,直接导致雷击破坏程度和维修成本直线上 关键词 风电叶片;雷电预警;等离子体; 升.由于风能因素的地域限制,很多风电场分布在山口、高原地区、沿 防雷 海等雷雨多发地区,遭受雷电损失的风险极大.目前风电机组防雷设 计大都是参照国际电工委员会推出的《风力发电机组的防雷保 中图分类号 ;文献标志码护试行本》,主要防雷保护思路是将雷电流安全 地从雷击点传导到接地轮毂 ,利用风电机组的叶片作为接闪器, 将雷电流泄放.这种设计思路可以有效地降低雷击造成的损失,但是 由于风电机组本身条件的限制,在接闪泄放的同时也会增加雷电击 中风机叶片的概率,对风机叶片本身和风电机组内部的精密设备造 成损害.对于风电机组这种特殊设备的避雷保护需要一种更为有效 的防雷措施,而等离子避雷系统是通过减小雷电击中被保护物的几 率来实现防雷保护的,可以满足这一要求.目前国内对于等离子避雷 器的研究已经很有成效,在庄洪春等 的多年努力下已经成功设计 出产品,其防雷效果已经通过诸多试验验证.本文在对国内风机雷击 事故进行分析的基础上,根据雷电流特征和风电机叶片的特点,借鉴 绝缘避雷的理念,结合等离子体避雷技术,提出基于大气电场仪预警 技术的风机叶片防雷设计新构想. 收稿日期.资助项目 公益性行业科研专项 ?雷击事故分析 作者简介 李强,男,硕士生,主要从事雷电防护研 近十几年风电产业在我国飞速发展,由于我国的特殊气候条件, 究. .很多风电场选址建设的过程中没有考虑到雷电对于风电机组的破坏 南京信息工程大学 大气物理学院,南京 作用,导致建成后发生很多严重的雷击事故.浙江苍南风电场遭受灾 害较为频繁,最严重的一次是在 年的雷击过程中,一台风电机组 三明市气象局,三明,聊城市气象局,聊城,遭受雷击,从叶尖到叶根开裂损坏报废.沈阳康平富饶山风电场遭受曲 信鏖 乎学报:自然科学版, ,:?:, ,: 的一次雷击,使 块风机叶片完全损坏另外 块断 先导的拦截机率.这种设计可使风机叶片本身不受 裂.海南东方风电场遭受的雷击灾害更为频繁,近年 雷击,但是雷电对风电破坏作用仍大量发生,其原因 来仅仅风机叶片的雷击损坏率就达 . 片/ 主要有两个方面:首先是接闪不充分,桨叶的接闪面 积和位置不足以实现对叶片的全方位保护,接闪器 片?年 .风机叶片的更换成本相当大,雷电对叶片 与叶片的接合处存在间隙为雷击提供了泄放通道; 造成的损失占雷电灾害损失的 %~ %,更换 个的风机叶片需要 万元. 其次是由于风机桨叶和机舱都是旋转的,雷电流沿 引下线泄放通道的电气连接是通过各种导流线、连 雷电击中并流过被击物时会导致该物体在瞬间 接器和防雷刷实现的,这种情况下导流不畅,不仅无 产生极大的热量.雷击风机叶片尖部时,由于雷电流 法将雷电流顺利泄放到大地,反而会增加通路阻抗, 在泄放路径中形成高电位和高能量,致使接闪器和 增大雷电流的热效应. 金属引线与叶片之间产生强电位差,极易形成电弧, 此外,由于风能资源的分布限制,大多风电场分 致使叶片的泄放通路熔断,叶片材料内部气体高温 布在地质条件复杂、土壤电阻率很高的地区,要使接 膨胀爆裂.另外,雷击发生时产生的巨大声波会对叶 地电阻达到要求往往很困难,投人大量人工接地体、 片造成冲击波破坏.雷电击中风叶后,除了热效应之 联合接地甚至使用降阻剂都无法实现良好的接地效 外,雷电流包含很多高频成分,具有很强的冲击特 果.尤其是在高原气候寒冷地区,冻土层比较厚,土 性 ,在泄放过程中会