淺談風(fēng)電機(jī)組的雷電預(yù)防

馬文倉(cāng) 霍建勝

摘要：隨著發(fā)電需求的增加，我國(guó)風(fēng)電機(jī)組迎來(lái)了發(fā)展的春天，同時(shí)，受制于傳統(tǒng)詬病，其質(zhì)量安全受到了廣泛關(guān)注。雷擊時(shí)，電流直接在風(fēng)電機(jī)組傳輸入地的路徑中產(chǎn)生巨大的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，為了有效防范風(fēng)電機(jī)組槳葉、軸承及傳導(dǎo)線(xiàn)路工作部件遭損壞，應(yīng)該根據(jù)地域特點(diǎn)，重視風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用，減少其機(jī)身遭雷擊的概率。同時(shí)，在平時(shí)防護(hù)工作中，應(yīng)該加大風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)力度，避免機(jī)組基礎(chǔ)部件損壞，以有效防止風(fēng)電機(jī)組潛在破壞。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;雷電預(yù)防;雷電傳導(dǎo)

引言

目前機(jī)組容量和機(jī)組長(zhǎng)度加大，增加了機(jī)身暴露部位，在雷電天氣中更容易遭雷擊。傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)上存在缺陷，其技術(shù)不能完全滿(mǎn)足現(xiàn)在防雷需求，因此，應(yīng)該在傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組防護(hù)基礎(chǔ)之上，探索和應(yīng)用新的防雷技術(shù)，以便于設(shè)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(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，確保風(fēng)電機(jī)組足夠的抗雷擊能力。

1風(fēng)電機(jī)組的雷擊特性

1.1雷擊強(qiáng)度

槳葉是風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)中的一部分，風(fēng)槳葉尖在雷擊時(shí)是首先傳導(dǎo)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(cè)面、輪轂、機(jī)艙及塔筒高度凡是大于滾球半徑的部位都能是雷電造訪(fǎng)的地方。風(fēng)電機(jī)組遭到雷擊時(shí)，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(dāng)雷電強(qiáng)度大時(shí)，相應(yīng)的雷擊距離也較大，滾球半徑也相應(yīng)增大，根據(jù)滾球法概念，風(fēng)電機(jī)組槳葉側(cè)面、輪轂、機(jī)艙及塔筒部位雷電造訪(fǎng)的范圍相對(duì)窄小，所造成的的破壞性也較小;當(dāng)雷擊強(qiáng)度小時(shí)，相應(yīng)的雷擊距離較小，而滾球半徑減少，那么雷電造訪(fǎng)的范圍就會(huì)變大，所造成的破壞性較大，防護(hù)困難加大。

1.2雷擊率

風(fēng)電機(jī)組雷擊率不僅僅與當(dāng)?shù)貧庀髿夂颉⒌貏?shì)等條件有關(guān)，還與其受雷面積有關(guān)。目前風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部容量在擴(kuò)大，機(jī)組高度及槳葉、機(jī)艙等尺寸相應(yīng)增大，使得雷擊時(shí)風(fēng)電機(jī)組暴露面積擴(kuò)大。根據(jù)滾球法理論，將滾球面依次沿著槳葉、機(jī)艙及塔筒滾動(dòng)，所形成的球心三維面即機(jī)組受雷面，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組尺寸增大時(shí)，槳葉、機(jī)艙及塔筒形成的受雷面積也增大，使得雷擊概率增加。

2風(fēng)電機(jī)組的雷電預(yù)防

2.1根據(jù)地區(qū)雷擊特性高效預(yù)警

不同地區(qū)的雷擊特性是不相同的，因此，為了做好風(fēng)電機(jī)組的防雷工作，首先應(yīng)該在風(fēng)電機(jī)組施工安裝處對(duì)雷電氣象、地理、地質(zhì)等自然條件進(jìn)行合理評(píng)估，同時(shí)，綜合考慮風(fēng)電機(jī)組的高度、類(lèi)型等因素，安裝特制專(zhuān)用避雷設(shè)施和預(yù)警設(shè)施，以保障風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行。同時(shí)，雷擊監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)該在雷擊頻率、時(shí)間及幅值等勘探基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行有效改進(jìn)，使內(nèi)外監(jiān)測(cè)能夠協(xié)調(diào)進(jìn)行，并且能使監(jiān)測(cè)到的信息數(shù)據(jù)上傳給風(fēng)電機(jī)組管理人員，為其及時(shí)監(jiān)控雷擊時(shí)風(fēng)電機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)提供有力支持。

2.2改進(jìn)防雷技術(shù)，提升防雷效果

目前在防雷技術(shù)的探討實(shí)施中，可以根據(jù)傳統(tǒng)的防雷技術(shù)從接閃系統(tǒng)、雷電傳導(dǎo)系統(tǒng)及接地系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

2.2.1加強(qiáng)接閃系統(tǒng)的研究與改進(jìn)工作

在風(fēng)電機(jī)組雷電預(yù)防中，槳葉葉尖的接閃器和傳導(dǎo)材料起著重要的調(diào)節(jié)作用，首先從葉尖的接閃器防護(hù)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(jìn)行換裝且無(wú)法緊密連接其基座，影響整個(gè)防雷系統(tǒng)的運(yùn)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(gè)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(dǎo)途徑

加強(qiáng)槳葉雷電傳導(dǎo)能弱化雷電導(dǎo)入能力，提高雷電攔截效率。在雷電傳導(dǎo)過(guò)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(dǎo)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(lái)的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。

2.2.3加裝除冰系統(tǒng)

受環(huán)境影響，在槳葉、風(fēng)速方向儀等設(shè)備上可能會(huì)因低溫、高濕而結(jié)冰塊，若不能及時(shí)去掉，會(huì)使風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)受阻而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速減退甚至停止的現(xiàn)象;若除冰，則會(huì)造成一定時(shí)間內(nèi)的停機(jī)、斷電現(xiàn)象。基于此，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的特點(diǎn)，合理安裝除冰系統(tǒng)的重要性不言而喻。

目前除冰技術(shù)有氣熱、電熱，根據(jù)它們的工作原理，不但增加了風(fēng)輪載荷，而且除冰效果不佳，因此，存在著不少缺陷。基于此，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(fù)合膜以解決目前除冰難題值得有關(guān)人員商榷。

2.3接地系統(tǒng)的整改

2.3.1開(kāi)發(fā)借助專(zhuān)用的設(shè)計(jì)軟件

為了提高接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，可以開(kāi)發(fā)和充分借助BIM此類(lèi)專(zhuān)用設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與參數(shù)，并綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，設(shè)計(jì)出合理的整改系統(tǒng)，有必要的話(huà)，還可以仿照接地系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)定，達(dá)到優(yōu)化整改過(guò)程的目的。

2.3.2應(yīng)用智能接地系統(tǒng)

為了保證監(jiān)測(cè)預(yù)警效果，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，安裝智能接地系統(tǒng)，以全方位地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組地下系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，使得管理既高效且簡(jiǎn)單。

2.3.3采取合理的降阻措施

采取降阻措施一般是因?yàn)楫?dāng)?shù)赝寥离娮杪史浅８撸绊懥穗娏鞯牡叵聜鲗?dǎo)。為了達(dá)到科學(xué)降阻的目的，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水土情況進(jìn)行調(diào)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(shí)施時(shí)，應(yīng)該注意其科學(xué)合理性，例如延長(zhǎng)接地體，不能無(wú)限延長(zhǎng);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(yīng)該充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(yīng)用

軟體石墨降阻不但效果好、安全無(wú)污染，而且經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)單，因此，值得大力推廣應(yīng)用。在軟體石墨設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，科學(xué)設(shè)置埋設(shè)方案，合理應(yīng)用連接方式。

結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電機(jī)組雷電防護(hù)過(guò)程復(fù)雜，需要考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)境、氣候、地理、地質(zhì)、土壤等多重因素，因此，要求具備很高的防護(hù)技術(shù)水平。為了最大程度地降低雷擊損失，一方面應(yīng)該采取因地制宜的設(shè)計(jì)方法，充分借助專(zhuān)用的設(shè)計(jì)軟件，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性，提高設(shè)計(jì)效果，保證防雷設(shè)備的正常運(yùn)行;另一方面，應(yīng)該高度重視風(fēng)電機(jī)組的雷電預(yù)防工作，對(duì)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警管理上的高效化和智能化。

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