三輥閘小編：2011年6月9日，國家電網報《產經周刊》刊登了風機防雷問題的新聞調查。報道刊出后，參與調查的編輯、記者陸續(xù)收到各方面反饋，電網企業(yè)的工程技術人員認為需要高度重視風機防雷和防火工作，氣象部門提出要從技術和法規(guī)層面規(guī)范風機防雷……在風電技術新標準出臺之際，我們再次呼吁：請重視風機防雷。
來自國家能源局的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2010年年底，我國新增風電裝機1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，均居世界前列。
在這種大好形勢下，有關專家指出，我國的風力發(fā)電機組防雷存在隱患。
風電機組緣何易遭雷擊
我國紅海灣風電場建成投產至今發(fā)生了三輥閘多次雷擊事件。據(jù)統(tǒng)計，葉片被擊中率達4%，其他電器元件被擊中率更高達20%。被譽為“中國風電開發(fā)的先鋒”的粵東南澳島，幾乎年年都發(fā)生雷擊事件。
“雖然針對風力發(fā)電機的防雷已有一套嚴格的技術，但是，當遭遇直擊雷時，風力發(fā)電機組只能‘束手就擒’。目前，風電部門防范直擊雷的難度很大，成本也很高。”中國水電工程顧問集團公司新能源處處長易躍春告訴我們。
風力發(fā)電機組在露天環(huán)境下工作，難免受到自然災害的影響?，F(xiàn)代科學技術迅猛發(fā)展，風力發(fā)電機組的單機容量越來越大，一臺現(xiàn)代風力發(fā)電機的發(fā)電能力是20年前的100倍。為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑隨著增高，雷擊風險也隨之增加。
著名防雷專家關象石認為，風力發(fā)電機三輥閘身處雷擊困境有三個原因：風力發(fā)電機組大，一般處于海岸、丘陵、山脊乃至海面上，周圍少有障礙物，恰是易遭雷擊的地方；為了捕捉更多的風能，風力發(fā)電機組一般都設置在高于周邊的制高點，更易吸引雷電；上行雷威脅風力發(fā)電機組會對雷云產生向上的先導閃擊，“主動迎接”雷閃。
細數(shù)雷擊“三宗罪”
根據(jù)人們對雷電的普遍認識，下方有良好的接地裝置，上方有能夠攔截雷閃的金屬物，上下之間有引下雷電的導體，便具有防雷作用。
但由于風力發(fā)電機組尺寸大，現(xiàn)在最普遍的防雷方式避雷針在它面前也無能為力。防雷系統(tǒng)必須與風力發(fā)電機組的各個部分聯(lián)成整體，在不干擾系統(tǒng)運行的前提下，將雷電流從雷擊點安全導入大地。正是由于風力發(fā)電機組的這些特殊性，造成了雷擊對于風力發(fā)電機組的“三宗罪”。
第一宗當屬“葉片”。關象石解釋說，風力發(fā)電機組的葉片是雷擊的第一目標，也是風力發(fā)電機組防雷的一大難點。典型的風力發(fā)電機組有兩、三片葉片，直徑可達100米，葉片旋轉時距離地面的高度超過100米?，F(xiàn)在的葉片為了減輕重量普遍采用絕緣復合材料作為載荷部件，如玻璃纖維增強塑料、木材層壓板等，這種材料不能傳導雷電流，非常容易因雷擊損壞。據(jù)悉，按雷擊后需要對葉片進行更換的成本計算，更換一臺機組葉片的吊裝費用是100萬元人民幣左右，葉片成本約30萬至40萬元，累積全部費用，更換一臺機組中的一個葉片的直接費用就需150萬元，更不要說更換期間發(fā)電量的損失。
第二宗，風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)。當風力發(fā)電機組遭受三輥閘雷擊時，即使葉片沒有受損，雷電也有可能通過風力發(fā)電機組的電子信號傳輸線和電力傳輸線進入“中樞神經”，即風機中最敏感、最“嬌貴”的部位——控制系統(tǒng)。從德國和丹麥獲得的風力發(fā)電機組各個部位受雷擊統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在兩國所有報告的雷擊事件中，雷電引起的控制系統(tǒng)損毀高達40%至50%。
第三宗，就是雷閃會影響電能的質量。現(xiàn)在因風力發(fā)電儲能技術沒有突破性進展，且不能平穩(wěn)輸出電能，已經有人將風電稱為“垃圾電”，究其原因，其中之一就是，雷電導致風力發(fā)電的電流和電壓不穩(wěn)定。
從技術和法規(guī)層面規(guī)范風機防雷
盡管雷電風險如同一顆不定時炸彈，隨時可能對風力發(fā)電機組造成致命傷害，但有關部門對風力發(fā)電機組的防雷問題重視程度依然不高。
有專家坦言，一些風力發(fā)電項目紛紛上馬，首先考慮的不是安全問題，而是經濟效益問題，項目開工前鮮有企業(yè)考慮防雷因素；項目完成后，企業(yè)又急于收回投資成本，防雷也成了次要問題。
而就目前的技術，我國對雷電機理的了解比較欠缺，特別是與風力發(fā)電發(fā)展比較早的歐美國家相比，我國有關風力發(fā)電機組的防雷擊的研究相對滯后，因此一些風電投資方和建設方認可的防雷技術服務依然有限。
“防雷如同防洪，其原理是為雷電流提供三輥閘一條低阻抗的通道，同時采取內部防雷措施，降低或減少對電氣、電子系統(tǒng)的損害。”關象石告訴記者，專家已經研制出一種新型的防雷葉片，在這種葉片的頂端和中部鑲進一個金屬環(huán)和一根金屬線，將雷電流從雷擊點引到葉根直至大地。另外，針對控制系統(tǒng)，可以通過安裝低壓電涌保護器，將雷擊電流泄入大地。
另外，我國還沒有風力發(fā)電機組防雷和過電壓保護的技術標準，也沒有統(tǒng)一的檢測標準，也是導致風力發(fā)電機組屢遭雷擊的重要原因之一。
“不同的企業(yè)在防雷接地設計、接地電阻的大小、防雷產品的質量等方面千差萬別。比如，風力發(fā)電機組的接地電阻應該小于4歐姆，但是有些工程卻達到十幾歐姆。正是由于我國風力發(fā)電的防雷標準遲遲沒有出臺，導致沒有統(tǒng)一的標準對其進行檢測和認證。”易躍春說。
對此，關象石也表示出同樣的擔憂：“管理部門沒有三輥閘相應的法律法規(guī)可循，檢測部門沒有標準可依。一些專門做防雷的公司雖然做了一些工作，水平和質量卻參差不齊。”
對于風電機組的問題，風電專家、北京交通大學教授汪至中表示，我國在引進吸收國外風機過程中，必須改進風機防雷和過電壓設計，“這只是個時間問題。風機防雷接地施工過程非常專業(yè)，必須依照相關標準。”
有專家透露，目前，由國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會聯(lián)合發(fā)布的《風力發(fā)電機組雷電防護》國家標準已在送審過程中。專家希望《風力發(fā)電機組雷電防護》能在不久的將來成為風力發(fā)電機三輥閘防雷的國家標準，從技術層面上妥善解決風機防雷的問題。
文章鏈接：中國安防展覽網