馬文倉 霍建勝

摘要：隨著發(fā)電需求的增加，我國風電機組迎來了發(fā)展的春天，同時，受制于傳統(tǒng)詬病，其質量安全受到了廣泛關注。雷擊時，電流直接在風電機組傳輸入地的路徑中產(chǎn)生巨大的熱效應和機械效應，為了有效防范風電機組槳葉、軸承及傳導線路工作部件遭損壞，應該根據(jù)地域特點，重視風電機組設計技術應用，減少其機身遭雷擊的概率。同時，在平時防護工作中，應該加大風電機組的檢測力度，避免機組基礎部件損壞，以有效防止風電機組潛在破壞。

關鍵詞：風電機組;雷電預防;雷電傳導

引言

目前機組容量和機組長度加大，增加了機身暴露部位，在雷電天氣中更容易遭雷擊。傳統(tǒng)的風電機組在設計上存在缺陷，其技術不能完全滿足現(xiàn)在防雷需求，因此，應該在傳統(tǒng)風電機組防護基礎之上，探索和應用新的防雷技術，以便于設備安裝、故障排除及入地電阻降低，使之能夠化解雷擊所產(chǎn)生的熱效應和機械效應，確保風電機組足夠的抗雷擊能力。

1風電機組的雷擊特性

1.1雷擊強度

槳葉是風電機組結構中的一部分，風槳葉尖在雷擊時是首先傳導的部位，但是絕不是雷擊的唯一部位。根據(jù)滾球法的概念，槳葉側面、輪轂、機艙及塔筒高度凡是大于滾球半徑的部位都能是雷電造訪的地方。風電機組遭到雷擊時，由于每次的雷擊電流與雷擊距都不同，因此，其破壞范圍也不相同。當雷電強度大時，相應的雷擊距離也較大，滾球半徑也相應增大，根據(jù)滾球法概念，風電機組槳葉側面、輪轂、機艙及塔筒部位雷電造訪的范圍相對窄小，所造成的的破壞性也較小;當雷擊強度小時，相應的雷擊距離較小，而滾球半徑減少，那么雷電造訪的范圍就會變大，所造成的破壞性較大，防護困難加大。

1.2雷擊率

風電機組雷擊率不僅僅與當?shù)貧庀髿夂?、地勢等條件有關，還與其受雷面積有關。目前風電機組內部容量在擴大，機組高度及槳葉、機艙等尺寸相應增大，使得雷擊時風電機組暴露面積擴大。根據(jù)滾球法理論，將滾球面依次沿著槳葉、機艙及塔筒滾動，所形成的球心三維面即機組受雷面，當風電機組尺寸增大時，槳葉、機艙及塔筒形成的受雷面積也增大，使得雷擊概率增加。

2風電機組的雷電預防

2.1根據(jù)地區(qū)雷擊特性高效預警

不同地區(qū)的雷擊特性是不相同的，因此，為了做好風電機組的防雷工作，首先應該在風電機組施工安裝處對雷電氣象、地理、地質等自然條件進行合理評估，同時，綜合考慮風電機組的高度、類型等因素，安裝特制專用避雷設施和預警設施，以保障風電機組的安全運行。同時，雷擊監(jiān)測設備的設計應該在雷擊頻率、時間及幅值等勘探基礎上，結合風電機組內部監(jiān)測情況進行有效改進，使內外監(jiān)測能夠協(xié)調進行，并且能使監(jiān)測到的信息數(shù)據(jù)上傳給風電機組管理人員，為其及時監(jiān)控雷擊時風電機組各項參數(shù)數(shù)據(jù)提供有力支持。

2.2改進防雷技術，提升防雷效果

目前在防雷技術的探討實施中，可以根據(jù)傳統(tǒng)的防雷技術從接閃系統(tǒng)、雷電傳導系統(tǒng)及接地系統(tǒng)進行改進。

2.2.1加強接閃系統(tǒng)的研究與改進工作

在風電機組雷電預防中，槳葉葉尖的接閃器和傳導材料起著重要的調節(jié)作用，首先從葉尖的接閃器防護效果講起：葉尖的接閃器作為槳葉的接閃系統(tǒng)，具有不可卸拆性，因此，一旦受到損壞，很難進行換裝且無法緊密連接其基座，影響整個防雷系統(tǒng)的運行。為此，探討接閃系統(tǒng)的防雷工作，必須從葉尖、基座及它們的連接這三個方面入手，讓接閃系統(tǒng)正常工作并保持緊密連接，并保證充足的貼面面積，防止“打火”現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.2優(yōu)化雷電傳導途徑

加強槳葉雷電傳導能弱化雷電導入能力，提高雷電攔截效率。在雷電傳導過程中，槳葉攔截起著重要的作用，在其表面涂裝材料是提高其攔截能力的有效途徑，例如增加金屬涂層或者使用截面積較大的金屬傳導材料以保持槳葉表面的平滑度，使之能夠充分吸收雷擊所帶來的熱效應和機械效應。

2.2.3加裝除冰系統(tǒng)

受環(huán)境影響，在槳葉、風速方向儀等設備上可能會因低溫、高濕而結冰塊，若不能及時去掉，會使風機葉片轉動受阻而出現(xiàn)轉速減退甚至停止的現(xiàn)象;若除冰，則會造成一定時間內的停機、斷電現(xiàn)象?；诖?，根據(jù)風電機組的特點，合理安裝除冰系統(tǒng)的重要性不言而喻。

目前除冰技術有氣熱、電熱，根據(jù)它們的工作原理，不但增加了風輪載荷，而且除冰效果不佳，因此，存在著不少缺陷?；诖?，是否可以在葉片上加裝一層既能加熱除冰又能有效攔截雷電的復合膜以解決目前除冰難題值得有關人員商榷。

2.3接地系統(tǒng)的整改

2.3.1開發(fā)借助專用的設計軟件

為了提高接地系統(tǒng)的設計效果，優(yōu)化設計過程，可以開發(fā)和充分借助BIM此類專用設計軟件，根據(jù)工程系統(tǒng)設計要求與參數(shù)，并綜合考慮現(xiàn)場實際條件，設計出合理的整改系統(tǒng)，有必要的話，還可以仿照接地系統(tǒng)仿真模型，進行各種參數(shù)設定，達到優(yōu)化整改過程的目的。

2.3.2應用智能接地系統(tǒng)

為了保證監(jiān)測預警效果，可以根據(jù)現(xiàn)場實際條件，安裝智能接地系統(tǒng)，以全方位地實時監(jiān)測風電機組地下系統(tǒng)各項運行參數(shù)，使得管理既高效且簡單。

2.3.3采取合理的降阻措施

采取降阻措施一般是因為當?shù)赝寥离娮杪史浅８?，影響了電流的地下傳導。為了達到科學降阻的目的，應該對現(xiàn)場水土情況進行調查、分析，然后再采取諸如添加降阻劑、深井接地、更換土壤等措施。

在降阻措施實施時，應該注意其科學合理性，例如延長接地體，不能無限延長;深井接地一般是遇到土壤電阻率較小而采取的一種成本較高的接地方法;更換土壤降阻應該充分考慮到現(xiàn)場實際條件，并盡量節(jié)約降阻成本。

2.3.4推廣軟體石墨接地應用

軟體石墨降阻不但效果好、安全無污染，而且經(jīng)濟、操作簡單，因此，值得大力推廣應用。在軟體石墨設計過程中，應該結合當?shù)貙嶋H情況，科學設置埋設方案，合理應用連接方式。

結語

風電機組雷電防護過程復雜，需要考慮到當?shù)丨h(huán)境、氣候、地理、地質、土壤等多重因素，因此，要求具備很高的防護技術水平。為了最大程度地降低雷擊損失，一方面應該采取因地制宜的設計方法，充分借助專用的設計軟件，確保設計的科學性，提高設計效果，保證防雷設備的正常運行;另一方面，應該高度重視風電機組的雷電預防工作，對雷電監(jiān)測預警設備進行升級改造，實現(xiàn)雷電監(jiān)測預警管理上的高效化和智能化。

參考文獻

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