风力涡轮发电机雷击风险评估方法和解决方案

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1、专业好文档风力涡轮发电机雷击风险评估方法和解决方案摘要：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

2、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

3、、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

4、·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：专业好文档2.1涡轮发电机直击雷风险评估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

5、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，位于平地时取1.0，位于山丘时取2.0；Nd计算中的各个参数，其中Ng为客观存在的一个重要因子，因此对风力涡轮的年雷击次数进行评估时，收集当地的雷击大地密度数据是必要的，这些数据可以由当地

6、气象部门的雷电监测系统提供的。由于风力涡轮发电机的地理位置至关重要，在选址时，除对该地区的风能进行评估外，也要对该地区的雷电密度进行实时监测，必要时，应在选址范围内安装雷击大地密度监测系统，以获得更为准确的数据，为雷电风险评估提供科学的依据。下图3为雷电监测系统监测到的全国地闪监测密度分布图[3]。专业好文档当雷击大地密度无法确定时，可用下列公式进行估算：Ng＝0.04×Td1.25　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）式中Ng：每平方公里的雷击大地密度（次/km2·a）；专业好文档Td：年雷暴日，通常由当地气象台站提供的实时资料为准

7、。等效截收面Ae积定义为与风力涡轮发电机具有相同的年直接雷击次数的大地表面积。对于孤立风力涡轮发电机，等效截收面积是以一条斜率为1：3的直线，与叶片的顶部相接触，并绕塔筒旋转，直线与地面相交得出的边界线所包围的大地面积。如图4是关于平地上孤立建筑物的等效截收面积计算方法：Ae＝LW+6H(L+W)+9πH2建议所有的风力涡轮发电机都简化成一个桅杆，其高度等于塔筒的高度加上叶片的半径。图5是关于平地上风力涡轮发电机等效截收面积的计算方法。很清楚，它是以风力涡轮发电机高度三倍为半径的一个圆[4]。下列方程用于计算平地上风力涡轮发电机的年雷击次数Nd，

8、将公式（2）带入公式（1）得：Nd＝0.04×Td1.25×9πH2×Cd×10-6　（３）＝0.04×561.25×9×3.14×12