韓建海，吳松

（桂林市氣象局，廣西 桂林 541001）

一次風電場雷災的特點及原因分析

韓建海，吳松

（桂林市氣象局，廣西 桂林 541001）

對某風電場2013年的雷災實例進行分析，找出雷電事故的主要特點，分析造成雷電事故的主要原因；結(jié)合該次雷災特點提出對應的防雷整改方案。

風電場；雷災特點；原因分析；箱變；土壤電阻率

1 引言

本文以發(fā)生在桂林某風電場的一次雷災為實例，分析總結(jié)高山風電場的雷災特點，同時結(jié)合高山風電場的地理位置、機組結(jié)構(gòu)特點以及當?shù)貧庀蟆⒌刭|(zhì)條件揭示風電機組遭受雷擊原因。為總結(jié)風電場的綜合雷電防護措施做好基礎。

雷擊造成的損失包括直接損失和間接損失。一般的雷擊事故統(tǒng)計通常只詳細統(tǒng)計直接損失，比如風電場遭雷擊后造成的設備損壞等；而間接損失雖然很難直接計算，但是損失是非常大，特別是葉片和發(fā)電機貴重部件遭受雷擊，除了損失修復期間應該發(fā)電所得之外，還要負擔受損部件的拆裝和更新的巨大費用。

2 雷擊實例

2013年3月13日，桂林某高山上的風電場風機遭受了雷擊。這次雷擊事故擊壞了4臺風電機組的箱式變壓器，直接經(jīng)濟損失達91萬元，間接經(jīng)濟損失無法估計。

據(jù)雷電監(jiān)測資料顯示，2013年3月13日，受500hPa南支槽東移，850hPa切變線和地面冷空氣南下影響，桂林市資源縣大部出現(xiàn)強降水和雷電天氣。該風電場區(qū)域上空01時至05時雷暴活動比較活躍，其中僅04時一小時發(fā)生就發(fā)生157次地閃，最強雷電流強度達65.8KA。

3 雷災特點

從雷災事故發(fā)生的時段來看，以上雷災實例顯示，此次風電場的雷災事故生在春雷時節(jié)，時間上與該區(qū)域雷暴高發(fā)時段吻合。據(jù)統(tǒng)計，每年的3～9月該區(qū)域雷災事故最多，占到所有雷災事故的大半以上。

按照受損壞的位置劃分，風電場的各個部分都可能因雷擊遭受損壞。其中監(jiān)控系統(tǒng)是受損幾率最高的部分，其次是葉片和箱式變壓器。本次雷擊事故主要是箱式變壓器受損嚴重。

從雷擊事故的風機位置分布來看，4臺機組并不全是相鄰的，雷擊事故的發(fā)生有一定的隨機性，表明該事故可能并非單次雷擊造成的。

4 原因分析

根據(jù)防雷減災部門提供的雷災分析報告結(jié)合現(xiàn)場勘察情況可以得出。影響風電場遭雷擊的因素包括客觀因素（風電場的地理位置、地形地貌、海拔及機組高度、該地區(qū)雷暴活動規(guī)律以及土壤電阻率和接地系統(tǒng)布置）和主觀因素導致的雷電防護水平不一。

4.1 雷暴活動規(guī)律

對照該風電場的雷災實例與當?shù)氐睦妆┗顒右?guī)律可以發(fā)現(xiàn)，年雷暴日高的年份風電場的雷災就相對嚴重。雷災發(fā)生的月頻率也跟雷暴日的月頻率成正相關(guān)，一年中雷暴高發(fā)的月份風電場的雷災就相對嚴重。

4.2 海拔和機組高度

風電機組大多安裝在海拔比較高的山脊上，比如該風電場安裝風機山頭海拔高度為大概處于1800m左右。這么高的海拔，有時風電機組直接處在碎積云或積雨云中，加之尖端放電原理，風電機組遭受雷擊的概率比較高。

風電機組越高，風電機組產(chǎn)生的正空間電荷越易吸引引導下行先導，從而增大閃擊的定位性，其吸引半徑公式為：

式中r為吸引半徑；h為風電機組的高度。單位均為m。

根據(jù)上式，可計算出，風電機組越高越有可能先行吸引雷擊，同一位置的較低風電機組就相對安全點。

因此海拔高、同時機組高度越高的風電機組發(fā)生雷擊的概率顯著增加，對于高山風電場而言，遭受雷擊的概率遠高于其他類型的風電場。

4.3 接地系統(tǒng)

風電場接地電阻的大小直接影響風電機組在接閃后是否會造成地電位反擊。雷擊事故造成的設備損壞更多的發(fā)生在風電場土壤電阻率比較高的位置。由于高山風電場多為山地、丘陵地貌，為了最大限度的獲得風能，風機多建在山石較多的山脊上，海拔高而且土壤電阻率也高，往往高達幾千歐姆·米，大部分風電機組的接地電阻在1OΩ以上，風力發(fā)電機組長期在高土壤電阻率和高接地電阻下運行，就可能產(chǎn)生地電位的飄移等問題。使雷擊造成的設備損壞加重。另外，與風電機組做等電位連接的箱式變壓器因土壤電阻率高。大地傳導力慢又會引起地電位抬高而增加其雷擊可能。

經(jīng)實測，遭受雷擊的機組接地電阻均比較高。

4.4 線路屏蔽、泄流保護

在該風電場中，箱式變壓器位于風電塔邊，距離二十米左右，風機塔通往箱式變壓器埋地電纜無屏蔽保護，浪涌的保護沒有按照防雷規(guī)范標準設計、安裝。

同樣是遭雷擊，風塔內(nèi)的設備線路屏蔽、保護做得比較完善，風電機組電氣、控制系統(tǒng)基本沒有損壞，而風塔外的接箱式變壓器的電氣設備、控制系統(tǒng)的受雷擊損壞基本報廢。

5 整改方案

針對上述雷擊事故的原因分析，我們向業(yè)主提出對應的整改方案：

（1）每年定期進行防雷安全檢查，盡可能發(fā)現(xiàn)安全隱患，防范于未然；

（2）增加地網(wǎng)面積，降低接地電阻，防止地電位反擊；

（3）合理布線，加強屏蔽措施，更換浪涌保護器，嚴格按照防雷規(guī)范標準設計、安裝。

通過這次整改后，該風電場已安全運營近三年，未發(fā)生同類雷擊事故，說明事故原因分析比較準確、整改效果比較顯著。

6 總結(jié)

近年來，隨著防雷技術(shù)的不斷發(fā)展、提高，風電機組易受雷擊發(fā)生故障的部位如風機葉片和風電機組的電氣設備和控制系統(tǒng)等，其雷電防護水平已經(jīng)比較高，遭受雷災的概率比較低；而作為風電機組的配套設施的箱式變壓器，原本的雷電防護水平是相對來說比較高的，但如果疏忽大意、不按相關(guān)規(guī)范嚴格設計安裝，也會變成風電雷電防護的薄弱環(huán)節(jié)。

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Analysis of w ind farm lightning disaster characteristics and causes

Han Jianhai，Wu Song
（Guilin City Meteorological Bureau，GuangXi GuiLin 541001）

analysis of a wind farm in 2013 the lightning disaster instance，identify the main characteristics of lightning accidents，makes an analysis of lightning accident the main reason；put forward corresponding lightning rectification scheme combined with the characteristic of lightning hazards.

wind farm；lightning characteristics；reason analysis；box type transformer；soil resistivity

TP31

A

1673-8411（2016）01-0119-03

2015-10-23

韓建海，（1977-），男，本科，工程師，從事雷電防護業(yè)務工作。