文档介绍：风力涡轮发电机雷击风险评估方法和解决方案
罗佳俊1 张小石2
(1 天津市防雷技术中心,天津 300074;2广东省丰顺县气象局,广东 514300)
摘要:本文论述了风力涡轮发电机的直击雷风险评估方法,通过此方法得出风力涡轮发电机的直击雷保护等级。依据防护等级,提出直击雷保护的解决方案,该方案利用传统空气间隙型避雷器的工作原理和共地不共线的原则,为涡轮发电机的直击雷保护提出了一种的新思路。
关键词:风险评估;改进方法;保护措施;
1、前言
风能做为当前最具开发潜能、最清洁的可再生资源,已经被人们广泛接受和利用。我国风力资源丰富,风力涡轮发电机的分布较广,在我国电力事业和经济快速发展中,发挥着越来越重要的作用。
但是,由于风力涡轮发电机是工作在露天的自然环境中,不可避免地受到自然灾害的影响,尤其是雷电的影响。随着涡轮发电机技术的成熟,发电机组装机容量不断增加,为了获得更多的风能,涡轮发电机的轮毂和叶片半径随着塔架的增高而增高,同时也增大了风力涡轮发电机叶片、机舱等重要部件遭受雷击的概率,严重地影响了风力涡轮发电机的正常工作,大大增加了维护费用,并对工作人员的人身安全造成安全隐患。
为了最大限度的减少涡轮发电机遭受直接雷击时损坏的概率,同时确保工作人员的人身安全,必须对风力涡轮发电机采取相应的直击雷防护措施。风力涡轮发电机的直击雷电防护是一项系统性、复杂性的工程,必须在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及了解风力涡轮发电机的组成、系统特点、重要性和损坏后产生的后果等基础上,经过雷击风险评估后,合理地做出雷电防护要采取的措施,做到安全可靠、技术先进、经济合理。
2、风力涡轮发电机直击雷风险评估和决绝方案
本评估方法借鉴国内外关于直击雷风险评估的先进经验,并结合我国的实际情况,为风力涡轮发电机的雷击风险评估提出一种方法和程序,为防雷工程的实施提供一个科学的依据,最大限度地发挥防雷保护措施的效能,并提出一种直击雷的解决方案。
本评估将以一个轮毂高度为80米,叶片长度为40米的风力涡轮发电机为例。假设坐落在一个土壤电阻率为500Ω·m的平原地区,与风力涡轮发电机组分开的操作间距离为500米。操作间尺寸:长5米,高3米,宽4米。该地区的雷暴日为56a/d。如图1:
任何防雷保护系统在设计之前,都应该考虑雷电对风力涡轮发电机破坏的风险问题。对雷击风力涡轮发电机造成损害的风险评估将有助于防雷保护设计者是否建立防雷保护系统和选择合适的保护措施。选择足够的保护等级是为了将直击雷造成损坏的风险降低到可接受的范围之内。任何建筑物的雷击风险是一个与风力涡轮发电机的高度、所处的地理环境和当地的雷电活动频率有关的一个函数。
对于风力涡轮发电机的年预计雷击次数,我们可以按照图2的流程图对防雷保护系统进行评估[1]。
风力涡轮发电机的年预计雷击次数应按下列公式确定[2]:
Nd=Ng×Ad×Cd×10-6 (1)
式中
Nd:风力涡轮发电机的年预计雷击次数(次/a);
Ng:风力涡轮发电机所在地区雷击大地年平均密度(次/km2·a);
Ad:与风力涡轮发电机截收相同雷击次数的等效面积(km2);
Cd:环境因子,对于风力涡轮发电机,,;
Nd计算中