《安全常识-灾害防范》之雷电对风力发电机组的危害及对策

雷电对风力发电机组的危害及对策风力能源是目前技术最成熟、规模开发条件最具备的可再生清洁能源。 风力发电为人类和自然的和谐发展提供了基础。 风力发电机组在自然环境中工作，必然受到自然灾害的影响。 随着现代科学技术的迅速发展，风力发电机组的单体容量越来越大，为了吸收更多能量，随着轮毂的高度和叶轮的直径的增加，雷击的风险也相对增加，雷击成为自然界对风力发电机组安全运行危害最大的灾害。 雷电释放出的巨大能量会引起风力发电机组的叶片破损、发电机的绝缘破坏、控制部件的烧损等。 我国沿海地区地形复杂，雷击日多，必须充分重视雷击对风力发电机组和运行人员的巨大威胁。 例如，红湾风电场建设生产以来，多次发生雷击事件，据统计，刀片的辐射率达到了4%，其他通信设备的辐射率还达到了20%。 为了减少自然灾害造成的损失，必须充分理解它，采取正确的预防措施。 笔者作为风力发电第一线员工，根据自己在现场运行中积累的第一份资料和国内外风力发电厂的运行经验和风力发电行业的最新发展情况，整理了正文和同事们一起学习，共同进步为推进我国风力发电事业的繁荣而竭尽全力1空中的尘埃、冰晶等物质在大气运动中通过剧烈摩擦发电，云块切断磁力线，在云的上下层形成带正负电荷的带电中心，运动中各向异性带电中心间的空气被强电场破坏后放电。 危害风电场运行的主要是云放电，带负电荷的云接近地面时，地面的突起物和金属等感应正电荷，随着电场逐渐变强，云形成向下的引线，地面的物体形成向上的闪烁，云2雷的主要特征2.1、冲击电流大：其电流高达数万几十万安培2.2、时间短：雷击分为先导放电、主放电、馀光放电三个阶段，整体过程通常不超过60微秒2.3、雷电流变化梯度大：雷电流变化梯度大，有的达到10千安培/微秒2.4、产生冲击电压高的强电流的交变磁场，其感应电压达到亿伏特。 通常雷击有三种形式：直击雷、感应雷、球形雷。三雷破坏设备因雷击而损伤的情况通常有4种，一种是直接雷击而损伤的情况，二种是雷脉冲沿与设备连接的信号线、电源线或其他金属线侵入，损伤设备，三种是设备接地体在雷击时瞬间成为高电位，形成接地电位“反击”而被破坏由于风力发电机组的刀片高度高，刀片成为最容易直接受到雷击的部件(图1 )，其他部件被感应雷和球状雷破坏的风险也增加了(图2 )。 叶片是风力发电机组最昂贵的部件之一，大部分雷击事故只损伤叶片的前端部分，少量的破坏会损伤叶片整体。 雷击造成的叶子破损主要有两个方面。 另一方面，雷击到叶尖后，释放出大量的能量，强雷电流使叶尖构造内部的温度急剧上升，水分因热而气化膨胀，产生大的机械力，叶尖构造破裂破坏，严重时叶整体裂开。另一方面，雷击产生的巨大声波会给叶片构造带来冲击性的破坏。 另一个值得注意的地方是雷击一般是打在叶片的翼面上。 变电站和输电线路的防雷技术已经成熟，在此忽略了。 这里主要讨论风力发电机组的防雷问题。4经过对雷击特征的研究分析，提出了以下几种经济可靠的综合防雷措施4.1利用新材料防雷针对雷电对设备的破坏特性，实验证明了实验对象的结构内部阻抗下降，通过在对地形成通道，可以防止雷击造成的破坏。 根据该特性，在翼上翼面复合材料中加入良好的导电性能和比重轻的碳纤维，在翼前端部安装闪光灯，经由电缆与翼凸缘连接，从轮毂经由塔内的接地线与接地网连接，形成雷通道(通道中的旋转部分的导电性能达到导电要求雷击叶子时，强雷电流通过雷通道流向大地，具有避雷的效果，不会对叶子和其他设备造成损伤。 这样，由于刀片实际上成为雷针，感应周围的雷并提前放电，注意到雷通道的阻抗非常小，连接引线需要充分的导电截面和良好的导电性，接地网必须保证尽可能小的阻抗值。4.2利用防雷网防雷风场内所有建筑工程的基础和桩间用导电截面积足够的金属导体连接，形成可靠的低电阻接地网，接地电阻越小越好。 由于对地电阻小，强雷电流迅速流过大地，具有保护设备免受强电流、高电压冲击的效果。4.3避雷器防雷避雷器也称为电涌保护器，在风力发电机组的电力电缆和通信控制线线路上设置避雷器，可以将因雷感应侵入电力电缆和信号传输线的高电压限制在一定范围内，保证设备不被破坏以达到防雷效果。 另外，通信脆弱，抗干扰性低，为了避免雷电影响，提出了在风力发电机组和风电场监视系统之间的通信中使用光纤传输。4.4利用新技术监测雷电在叶片上嵌入光纤，加上综合软件，对叶片的负荷、温度、潜在的断裂和破坏、雷击等持续24小时365天监测，提供及时的警告和维护