又到一年雷雨季，风场防雷早知道- 大数跨境

风电新视界

2020-05-11

【雷电分布】

雷电是全球公认的十大自然灾害之一，风电场由于其特殊工作环境，多为山岭、空旷环境；风力发电机组在区域环境中属于高大突出的构筑物，因此雷击损害十分常见。我国风资源分布与雷电活动分布较为重合，我国风资源主要分布在三北、沿海及南方省份，这也是我国雷电活跃的地区。

图1 中国风电场分布图

图2 中国雷暴日分布图

【雷电损害类型】

针对风电场的雷电灾害主要可以分为：机组电气损坏、机组叶片损坏、风电场集电线路损坏三种情况。

【机组电气损坏】

机组电气损坏主要是由于雷电侵入（直击或雷电电磁脉冲侵入）造成的，机组电气系统配置的电涌保护器目前主要采用模块式结构，其防雷设计与机组的实际运行工况存在一定差异，因此在雷电发生后电源系统发生避雷器爆炸、着火等引起的电控柜烧毁事故频发，因此在雷雨季节前需要对机组电控系统的电涌保护器进行有效的排查，避免避雷器失效。

图3 因雷导致的变流器烧毁

【机组叶片损坏】

风力发电机组叶片损坏是由于其自身结构特点决定的，叶片雷击属于正常的接闪，由于叶片是风力发电机组运行状态下的最高点，因此叶片会经常受到雷击导致损坏，据不完全统计我国机组叶片雷击损坏率约为7%左右。近几年随着叶片技术的不断发展，叶片接闪器的有效接闪率也逐年提高，但绝对有效水平仍不能保障叶片不损坏的水平，只能最大程度降低叶片因雷损坏率。

图 4、5 雷电造成叶片损坏

【集电线路雷击跳闸】

风电场集电线路雷击跳闸是全行业存在的普遍问题，主要是由于早期集电线路35kV防雷设计标准滞后，整体防雷水平低造成的。同时，由于风电场的生产特点，原有集电线路防雷保护模式与风场生产需求冲突，也是导致因雷跳闸后全场停电导致的发电量损失增加的主要原因。

因雷导致的集电线路跳闸从结果上主要可以体现为：避雷器损坏造成的零序、线间放电引起的过流、绝缘降低导致的绝缘子引起线间零序、杆塔接地电阻高引起的地电位反击等情形。

图6 集电线路因雷跳闸录波

图7 集电线路损坏的避雷器

【风电场防雷改造】

为什么要改造？改造是对原有防雷设计不足的弥补和技术优化，欧洲雷电活动水平远远低于我国风电场的雷电活动水平，因此单纯迷信欧洲防雷设计的机组防雷系统在国内频繁出现水土不如导致的保护失败情况；包括由于风电产业高速发展，集电线路防雷标准滞后的问题引起的线路跳闸问题。因雷导致的停电损失也逐年增加，根据某业主统计截至2019年，近3年集团因雷造成叶片损坏及机组因雷损坏导致的停机小时占全年机组总停机时间的30%左右；集电线路因雷导致的停电时间占计划外停电时间的45%，近两年部分省份调整了因雷导致升压站断电的复电时间，但雷电导致的计划外停电问题仍较为严重。由此可见，雷电对业主造成的直接和间接经济损失逐年增长，尤其在电价下调的背景下，发电量损失直接影响业主发电利润，保障和降低风电场因雷断电是业主汛期工作的重要内容。

每年有300台左右的机组和20个风电场采用乾源标准进行防雷改造，2019年由乾源风电和中节能、中广核、云能投、华能、国华投资、国家电投、河北建投、协合风电等多家业主联合编制的《多雷区风电场架空集电线路防雷改造技术规范》通过能源局风电场运维分技术委员会的审核，完成标准报批稿；通过近3年的标准化示范项目的实施，以该标准为核心技改方案进行防雷改造的风电场遍布云南、湖北、湖南、广西、安徽、河北、山西、山东等地的风电场，保障业主汛期风场防雷安全；以乾源防雷标准，保风场汛期安全。

来源：国际新能源网

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