风电工程雷击风险评估范文

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【摘要】

本文对于海上风电工程的雷击风险评估，主要依据IEC提出的标准进行分析，通过对然灾害风险管理模型的分析，结合本研究防雷措施研究部分提出的各项防雷措施，引入雷击风险评估模型，并讨论雷击风险评估中需要考虑的各种风险评估因子，分析海上风电机组遭受雷击的各种情况，并归纳到各种影响因子中，从而确定风电机组遭受雷击的风险评估模型，对各种风险因子确定概率值，并进行风险计算，确定各项防雷措施的有效性和必要性。

【关键词】

海上风电；雷击；风险管理

1引言

风力发电是一种绿色能源，得到了政府的大力支持，近几年来在我过也取得了迅速的发展，在我国西北及沿海的部分地区，都建成了大规模的风电工程，海上风电因为其得天独厚的优势，在近几年来也得到了迅猛的发展。然而，由于自然条件的原因，世界各国风力发电系统均存在雷害问题，根据一项统计显示，每年有8%的风力涡轮发电机会遭受一次直击雷击，风电发展至今，风力涡轮发电机遭受雷击损害的事件仍然层出不穷；海上风电工程往往所处环境更加恶劣，风电机组遭受雷击的概率更高，损失也更为严重[1~2]。所以，研究海上风电工程的雷击防护问题，具有颇为重要的意义，而风电机组的雷击风险评估问题，解决的是在海上风电项目设计阶段防雷措施在项目投资中所占比重的大小，是支撑风电机组防雷技术研究的策略性问题，它能够给出一个风电场以及每台机组在当地遭受雷击风险的大小，根据这个风险值，设计者可以考虑相应的防雷措施。

2雷击风险评估及其管理概述

2.1雷击风险评估风险评估是指为了评估风险而对特定风险做评价与估算的一个过程。雷击风险评估是根据己掌握的统计资料，对与雷击风险相关联损失的可能性及损失程度定量化的统计计算和分析研究，确定损失发生的概率及严重程度，确定种种潜在损失可能对经济单位、个人或家庭造成的影响。

2.2风险管理风险管理最早起源于20世纪20年代，在风险管理发展过程中，形成了许多较为成熟全面的定义，如美国学者威廉斯和汉斯就认为“风险管理是通过对风险的识别、衡量和控制，以最少的成本将风险导致的各种不利后果减少到最低限度的科学管理方法”。

2.3雷击灾害风险管理雷电灾害是风险事件的一种，雷电灾害的风险特征与一般的企业的风险特征有很多相似的地方，因此，现代企业风险管理的某些理论、方法可以应用到雷电灾害的风险管理工作中来。

3珠海桂山海上风电场雷击风险评估

3.1风电厂厂址条件珠海桂山海上风电场位于珠海市桂山岛西侧海域，实际用海面积约33km2，水深约6～12m，装机容量为198MW。第一批风电机组为单机容量为3MW级（3～4MW），总容量约为100MW（不少于100MW）的并网型海上风力发电机组，偏差不超过1台机组。风电场在三角岛建设升压站1座，通过2回110kV海底电缆与珠海陆域连接。珠海位于广东省珠江口的西南部，地势平缓，倚山临海，海域辽阔，百岛蹲伏，属亚热带海洋性气候，常受南亚热带季风影响，多雷雨，其中4~8月雨量集中，占全年降雨量的7成以上，近年来平均雷暴日数为62d。

3.2海上风电雷击风险评估计算步骤

3.2.1风险评估步骤风险评估流程图如图1。对于雷击涉及人员生命损失、公众服务损失或文化遗产损失，表1给出了具有代表性的风险容许值的RT。

3.2.2雷击大地密度的计算雷击大地密度（Ng）是进行雷击风险评估的重要参数之一。计算公式为：Ng=D/SD———某地区一年中的地闪次数（次/a）；S———该地区的面积（km2）。根据目前的技术水平和条件，D和S都可以得到较为精确的数值，所以用D和S去计算得到的Ng值，通过查阅相关资料得到Ng=5。将用上面两种方法计算得到的Ng带入时序多指标决策下TOPSIS中的时间权重法公式。

3.2.3风电机组雷击频率评估风机年平均遭受的直击雷频率可由下式估算：电机附近没有其他物体时适合取Cd=1，在山地或山坡上安装时适合取Cd=2，位于特别潮湿的环境下适合取Cd=1.5。按照IEC61400-24的原则，所以风机的有效截收面积为。

3.2.4风力发电机可以接受的雷击频率根据IEC61024-1-1标准阐述的原则，可以接受的的雷击危险事件数Nc与直接雷击Nd及防雷系统效率E应遵循以下关系。一般原则，引下线的直径越大防雷系统越有效，接地系统越大防雷系统越有效。本工程中，风机位于海上，取Cd=1.5，风机的有效高度取h=90+55=145m，该地区雷击大地密度Ng=5.6。按照我国工程标准，针对本次工程中的实际情况进行分析，取Nc=10-3。因此，对于处于此环境下的海上风电机组，需要安装一个效率为99.98%雷电防护等级为Ⅰ级的防雷防护系统（LPS）。

3.3用模糊概率方法计算单台风电机组的雷击风险根据之前的分析，要求雷击风险R：在影响因子不确定的情况下，用以下模糊概率方式表达：3.4防雷措施安装效果评估从R1的计算过程和结果得到如下结论：分析R1的计算结果可以看出，风险R1主要受以下因素影响：内部系统失效产生的风险区域Z2中物理损坏产生的风险与入户线路上感应出的并传导进入建筑物内的过电压引起内部系统失效有关的风险评估过程中，由于风机没有采取防雷保护系统，对于线路也没有装设很好的屏蔽装置，因此计算结果R1≈62.06×10-5，大于容许值RT=10-5，需要对风电机组和线路进行防雷保护。对计算结果进行分析后采取以下防护方案：风机安装I类LPS；电力系统和控制系统安装I级的SPD保护装置，达到PSPD=0.01；Z2区安装自动火灾探测系统；风机和线路均安装屏蔽装置；采用本方案后，部分参数有所变化，各类损害概率如表3~4。由计算结果可知，当机组和升压站采取了高等级的防雷防护系统后，上述各因素造成的风险分量得到有效地抑制，根据最终计算得到的R1≈0.73×10-5，小于容许值RT=10-5，即雷击风险低于容许值，可知当风电机组安装一个雷电防护等级为Ⅰ级的防雷防护系统（LPS），即使处于多雷区（Td=62d）防雷保护系统依然能够可靠有效地防护雷击可能造成的各类风险，保护机组的正常工作。

4结束语

本次雷击风险评估计算过程中，对于各项参数的选取均参考实际海上风电工程中的实际环境和条件，结合IEC62305中规定得到，并根据规定中的方法进行计算得到结果。由于雷击的各种不确定性如雷击点的随机性、雷击是否造成损失以及损失大小均无法作出精确的判断等等原因，对于雷击灾害风险的评估，只能作出大概的判断而无法针对其有详尽的研究。由计算结果可知，由于风机所处环境遭受雷击概率较高，且遭受雷击后损失较大，针对机组和升压站需要配备I级的防雷防护系统，对机组和机组内部的各种设施以及升压站内部设施和布线均需要安装良好的屏蔽设施，对电力线路还需要配置性能良好的SPD，否则，雷击对于机组和风电场将产生远高于IEC规定的风险值，此外，各类防火措施也不容忽视，在有人员工作的区域需要采取良好的防触电保护措施。

参考文献

[1]孟德东.风电机组雷雷击损害风险评估方法研究[D].华北电力大学，2009.

[2]陈青山，等.汕头南澳风力发电场雷电环境分析和防雷技术研究[J].中国雷电与防护，2005，2.

[3]IEC62305Protectionagainstlightning.

作者：彭千 唐兴佳 单位：中国能源建设集团广东省电力设计研究院 广州电力设计院