風電工程雷擊風險評估范文

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【摘要】

本文對于海上風電工程的雷擊風險評估，主要依據IEC提出的標準進行分析，通過對然災害風險管理模型的分析，結合本研究防雷措施研究部分提出的各項防雷措施，引入雷擊風險評估模型，并討論雷擊風險評估中需要考慮的各種風險評估因子，分析海上風電機組遭受雷擊的各種情況，并歸納到各種影響因子中，從而確定風電機組遭受雷擊的風險評估模型，對各種風險因子確定概率值，并進行風險計算，確定各項防雷措施的有效性和必要性。

【關鍵詞】

海上風電；雷擊；風險管理

1引言

風力發電是一種綠色能源，得到了政府的大力支持，近幾年來在我過也取得了迅速的發展，在我國西北及沿海的部分地區，都建成了大規模的風電工程，海上風電因為其得天獨厚的優勢，在近幾年來也得到了迅猛的發展。然而，由于自然條件的原因，世界各國風力發電系統均存在雷害問題，根據一項統計顯示，每年有8%的風力渦輪發電機會遭受一次直擊雷擊，風電發展至今，風力渦輪發電機遭受雷擊損害的事件仍然層出不窮；海上風電工程往往所處環境更加惡劣，風電機組遭受雷擊的概率更高，損失也更為嚴重[1~2]。所以，研究海上風電工程的雷擊防護問題，具有頗為重要的意義，而風電機組的雷擊風險評估問題，解決的是在海上風電項目設計階段防雷措施在項目投資中所占比重的大小，是支撐風電機組防雷技術研究的策略性問題，它能夠給出一個風電場以及每臺機組在當地遭受雷擊風險的大小，根據這個風險值，設計者可以考慮相應的防雷措施。

2雷擊風險評估及其管理概述

2.1雷擊風險評估風險評估是指為了評估風險而對特定風險做評價與估算的一個過程。雷擊風險評估是根據己掌握的統計資料，對與雷擊風險相關聯損失的可能性及損失程度定量化的統計計算和分析研究，確定損失發生的概率及嚴重程度，確定種種潛在損失可能對經濟單位、個人或家庭造成的影響。

2.2風險管理風險管理最早起源于20世紀20年代，在風險管理發展過程中，形成了許多較為成熟全面的定義，如美國學者威廉斯和漢斯就認為“風險管理是通過對風險的識別、衡量和控制，以最少的成本將風險導致的各種不利后果減少到最低限度的科學管理方法”。

2.3雷擊災害風險管理雷電災害是風險事件的一種，雷電災害的風險特征與一般的企業的風險特征有很多相似的地方，因此，現代企業風險管理的某些理論、方法可以應用到雷電災害的風險管理工作中來。

3珠海桂山海上風電場雷擊風險評估

3.1風電廠廠址條件珠海桂山海上風電場位于珠海市桂山島西側海域，實際用海面積約33km2，水深約6～12m，裝機容量為198MW。第一批風電機組為單機容量為3MW級（3～4MW），總容量約為100MW（不少于100MW）的并網型海上風力發電機組，偏差不超過1臺機組。風電場在三角島建設升壓站1座，通過2回110kV海底電纜與珠海陸域連接。珠海位于廣東省珠江口的西南部，地勢平緩，倚山臨海，海域遼闊，百島蹲伏，屬亞熱帶海洋性氣候，常受南亞熱帶季風影響，多雷雨，其中4~8月雨量集中，占全年降雨量的7成以上，近年來平均雷暴日數為62d。

3.2海上風電雷擊風險評估計算步驟

3.2.1風險評估步驟風險評估流程圖如圖1。對于雷擊涉及人員生命損失、公眾服務損失或文化遺產損失，表1給出了具有代表性的風險容許值的RT。

3.2.2雷擊大地密度的計算雷擊大地密度（Ng）是進行雷擊風險評估的重要參數之一。計算公式為：Ng=D/SD———某地區一年中的地閃次數（次/a）；S———該地區的面積（km2）。根據目前的技術水平和條件，D和S都可以得到較為精確的數值，所以用D和S去計算得到的Ng值，通過查閱相關資料得到Ng=5。將用上面兩種方法計算得到的Ng帶入時序多指標決策下TOPSIS中的時間權重法公式。

3.2.3風電機組雷擊頻率評估風機年平均遭受的直擊雷頻率可由下式估算：電機附近沒有其他物體時適合取Cd=1，在山地或山坡上安裝時適合取Cd=2，位于特別潮濕的環境下適合取Cd=1.5。按照IEC61400-24的原則，所以風機的有效截收面積為。

3.2.4風力發電機可以接受的雷擊頻率根據IEC61024-1-1標準闡述的原則，可以接受的的雷擊危險事件數Nc與直接雷擊Nd及防雷系統效率E應遵循以下關系。一般原則，引下線的直徑越大防雷系統越有效，接地系統越大防雷系統越有效。本工程中，風機位于海上，取Cd=1.5，風機的有效高度取h=90+55=145m，該地區雷擊大地密度Ng=5.6。按照我國工程標準，針對本次工程中的實際情況進行分析，取Nc=10-3。因此，對于處于此環境下的海上風電機組，需要安裝一個效率為99.98%雷電防護等級為Ⅰ級的防雷防護系統（LPS）。

3.3用模糊概率方法計算單臺風電機組的雷擊風險根據之前的分析，要求雷擊風險R：在影響因子不確定的情況下，用以下模糊概率方式表達：3.4防雷措施安裝效果評估從R1的計算過程和結果得到如下結論：分析R1的計算結果可以看出，風險R1主要受以下因素影響：內部系統失效產生的風險區域Z2中物理損壞產生的風險與入戶線路上感應出的并傳導進入建筑物內的過電壓引起內部系統失效有關的風險評估過程中，由于風機沒有采取防雷保護系統，對于線路也沒有裝設很好的屏蔽裝置，因此計算結果R1≈62.06×10-5，大于容許值RT=10-5，需要對風電機組和線路進行防雷保護。對計算結果進行分析后采取以下防護方案：風機安裝I類LPS；電力系統和控制系統安裝I級的SPD保護裝置，達到PSPD=0.01；Z2區安裝自動火災探測系統；風機和線路均安裝屏蔽裝置；采用本方案后，部分參數有所變化，各類損害概率如表3~4。由計算結果可知，當機組和升壓站采取了高等級的防雷防護系統后，上述各因素造成的風險分量得到有效地抑制，根據最終計算得到的R1≈0.73×10-5，小于容許值RT=10-5，即雷擊風險低于容許值，可知當風電機組安裝一個雷電防護等級為Ⅰ級的防雷防護系統（LPS），即使處于多雷區（Td=62d）防雷保護系統依然能夠可靠有效地防護雷擊可能造成的各類風險，保護機組的正常工作。

4結束語

本次雷擊風險評估計算過程中，對于各項參數的選取均參考實際海上風電工程中的實際環境和條件，結合IEC62305中規定得到，并根據規定中的方法進行計算得到結果。由于雷擊的各種不確定性如雷擊點的隨機性、雷擊是否造成損失以及損失大小均無法作出精確的判斷等等原因，對于雷擊災害風險的評估，只能作出大概的判斷而無法針對其有詳盡的研究。由計算結果可知，由于風機所處環境遭受雷擊概率較高，且遭受雷擊后損失較大，針對機組和升壓站需要配備I級的防雷防護系統，對機組和機組內部的各種設施以及升壓站內部設施和布線均需要安裝良好的屏蔽設施，對電力線路還需要配置性能良好的SPD，否則，雷擊對于機組和風電場將產生遠高于IEC規定的風險值，此外，各類防火措施也不容忽視，在有人員工作的區域需要采取良好的防觸電保護措施。

參考文獻

[1]孟德東.風電機組雷雷擊損害風險評估方法研究[D].華北電力大學，2009.

[2]陳青山，等.汕頭南澳風力發電場雷電環境分析和防雷技術研究[J].中國雷電與防護，2005，2.

[3]IEC62305Protectionagainstlightning.

作者：彭千 唐興佳 單位：中國能源建設集團廣東省電力設計研究院 廣州電力設計院