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青藏高原地区风力发电机组的雷电工程防护设计

导读: 青藏高原地区是我国风资源储备较为丰富的地区之一,对于高原地区的风电开发也是近年来热议的一个话题。但在高原地区建设风场防雷和接地是值得重点考虑的问题,高原地区的雷暴活动是非常活跃的,尤其冬季的干雷暴活动和高原的低气压对风力发电机电涌保护器选型有着很大的影响。

  摘要:青藏高原地区是我国风资源储备较为丰富的地区之一,对于高原地区的风电开发也是近年来热议的一个话题。但在高原地区建设风场防雷和接地是值得重点考虑的问题,高原地区的雷暴活动是非常活跃的,尤其冬季的干雷暴活动和高原的低气压对风力发电机电涌保护器选型有着很大的影响;其次,风力发电机组的接地问题同样不可忽视,高原冻土对接地系统的冻胀灾害将对风机基础、接地网选材造成破坏性的影响,本文结合高原地区的雷暴活动特点及高原冻土特点介绍了高原地区风力发电机组的雷电防护和接地工程设计。

  1.高原地区建设风力发电厂的特殊性

  地区的风资源储量超过50万kW,发电量达到12亿kW•h,国内各风电投资公司对该地区的风场投资充满了信心。而据相关资料表明,国际上目前还没有专门为海拔4000m的高度设计的风力发电机组,而对于高海拔地区的低温、雷暴、冻土等多方面因素对风力发电组的运行、寿命会存在的影响尚无实践运行数据。

  根据国外数据和国内不完全统计数据,雷电已经成为导致风力发电机组停机的重要灾害性因素之一,而接地占风电场土建工程投资的比例也是逐年提高。本文就这两方面问题进行阐述。

  2.高原地区的雷暴活动及特征

  雷暴活动与地理位置、气候特点有着密不可分的关系,内陆的雷暴主要是有锋面雷暴引起的,伴有少量的气团雷暴和地形雷暴,而高原地区的雷暴主要是由地形雷暴形成的。受全球气候变暖的影响,雷电流的强度和幅值也越来越大,2008年在西藏与四川交界地区曾观测到正闪304.2kA和负闪395kA;并且,青藏高原地区的雷暴日一般高于同纬度地区的雷暴日(如图2),雷暴日是对于该地区年雷电活动的直观记录,虽然高原地区

  的雷暴日数多于内陆地区,但雷暴时明显低于内陆及沿海地区,样本数据表明高原地区的平均雷暴时为131h,而内陆地区的平均雷暴时均超过167h,部分沿海地区的平均雷暴时达到200h以上(图3)。

  而对于风力发电机组而言,雷暴活动周期的对雷击后的维护也具有一定影响,青藏高原地区的雷暴初日与雷暴终日与内陆相比较同样存在较大差异,以北京地区为例:北京的雷暴初日为3月29日,雷暴终日11月4日(数据截止2004年);高原地区的雷暴初日最早也在3月,雷暴终日则到了11月底;从风机维护角度而言,一旦风力发电机在冬季遭到雷击,其维护的成本是相对较高的,并且要承受低压缺氧条件和低温严寒的考验。

  当然,以上数据虽然证明了高原地区的雷暴活动时间宽度较大,但同时也说明青藏高原雷电的特点是:面积小,雷云放电频繁,每次放电电流不大,即年平均雷暴日多,雷电强度小。在这种雷暴条件下,风力发电机组的电涌防护相对就可以基本忽略其最大通流量,而重点考虑其残压对设备的影响。

  3.高原地区风力发电机组的电涌防护及冻土接地问题

  3.1高原地区风力发电机组的电涌防护问题

  通过上述的说明,影响高原地区风力发电机组的雷电并不是最重要的问题,而且从国内相关叶片生产厂家得到的数据表明,雷击叶片占其装机叶片总量的比例不到1%,结合全国的数据也不到3%,并且,目前风力发电机组采用的叶片的防雷结构可以满足高原条件下的雷击通流量的要求。

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