風(fēng)電工程雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范文

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【摘要】

本文對(duì)于海上風(fēng)電工程的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要依據(jù)IEC提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理模型的分析，結(jié)合本研究防雷措施研究部分提出的各項(xiàng)防雷措施，引入雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并討論雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中需要考慮的各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估因子，分析海上風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)因子確定概率值，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，確定各項(xiàng)防雷措施的有效性和必要性。

【關(guān)鍵詞】

海上風(fēng)電；雷擊；風(fēng)險(xiǎn)管理

1引言

風(fēng)力發(fā)電是一種綠色能源，得到了政府的大力支持，近幾年來(lái)在我過(guò)也取得了迅速的發(fā)展，在我國(guó)西北及沿海的部分地區(qū)，都建成了大規(guī)模的風(fēng)電工程，海上風(fēng)電因?yàn)槠涞锰飒?dú)厚的優(yōu)勢(shì)，在近幾年來(lái)也得到了迅猛的發(fā)展。然而，由于自然條件的原因，世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)均存在雷害問(wèn)題，根據(jù)一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)顯示，每年有8%的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)會(huì)遭受一次直擊雷擊，風(fēng)電發(fā)展至今，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)遭受雷擊損害的事件仍然層出不窮；海上風(fēng)電工程往往所處環(huán)境更加惡劣，風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊的概率更高，損失也更為嚴(yán)重[1~2]。所以，研究海上風(fēng)電工程的雷擊防護(hù)問(wèn)題，具有頗為重要的意義，而風(fēng)電機(jī)組的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題，解決的是在海上風(fēng)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段防雷措施在項(xiàng)目投資中所占比重的大小，是支撐風(fēng)電機(jī)組防雷技術(shù)研究的策略性問(wèn)題，它能夠給出一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)以及每臺(tái)機(jī)組在當(dāng)?shù)卦馐芾讚麸L(fēng)險(xiǎn)的大小，根據(jù)這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值，設(shè)計(jì)者可以考慮相應(yīng)的防雷措施。

2雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其管理概述

2.1雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指為了評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)而對(duì)特定風(fēng)險(xiǎn)做評(píng)價(jià)與估算的一個(gè)過(guò)程。雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是根據(jù)己掌握的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)與雷擊風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)損失的可能性及損失程度定量化的統(tǒng)計(jì)計(jì)算和分析研究，確定損失發(fā)生的概率及嚴(yán)重程度，確定種種潛在損失可能對(duì)經(jīng)濟(jì)單位、個(gè)人或家庭造成的影響。

2.2風(fēng)險(xiǎn)管理風(fēng)險(xiǎn)管理最早起源于20世紀(jì)20年代，在風(fēng)險(xiǎn)管理發(fā)展過(guò)程中，形成了許多較為成熟全面的定義，如美國(guó)學(xué)者威廉斯和漢斯就認(rèn)為“風(fēng)險(xiǎn)管理是通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、衡量和控制，以最少的成本將風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的各種不利后果減少到最低限度的科學(xué)管理方法”。

2.3雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理雷電災(zāi)害是風(fēng)險(xiǎn)事件的一種，雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)特征與一般的企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)特征有很多相似的地方，因此，現(xiàn)代企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理的某些理論、方法可以應(yīng)用到雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)管理工作中來(lái)。

3珠海桂山海上風(fēng)電場(chǎng)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1風(fēng)電廠廠址條件珠海桂山海上風(fēng)電場(chǎng)位于珠海市桂山島西側(cè)海域，實(shí)際用海面積約33km2，水深約6～12m，裝機(jī)容量為198MW。第一批風(fēng)電機(jī)組為單機(jī)容量為3MW級(jí)（3～4MW），總?cè)萘考s為100MW（不少于100MW）的并網(wǎng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，偏差不超過(guò)1臺(tái)機(jī)組。風(fēng)電場(chǎng)在三角島建設(shè)升壓站1座，通過(guò)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(shì)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(fēng)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(lái)平均雷暴日數(shù)為62d。

3.2海上風(fēng)電雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算步驟

3.2.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖如圖1。對(duì)于雷擊涉及人員生命損失、公眾服務(wù)損失或文化遺產(chǎn)損失，表1給出了具有代表性的風(fēng)險(xiǎn)容許值的RT。

3.2.2雷擊大地密度的計(jì)算雷擊大地密度（Ng）是進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要參數(shù)之一。計(jì)算公式為：Ng=D/SD———某地區(qū)一年中的地閃次數(shù)（次/a）；S———該地區(qū)的面積（km2）。根據(jù)目前的技術(shù)水平和條件，D和S都可以得到較為精確的數(shù)值，所以用D和S去計(jì)算得到的Ng值，通過(guò)查閱相關(guān)資料得到Ng=5。將用上面兩種方法計(jì)算得到的Ng帶入時(shí)序多指標(biāo)決策下TOPSIS中的時(shí)間權(quán)重法公式。

3.2.3風(fēng)電機(jī)組雷擊頻率評(píng)估風(fēng)機(jī)年平均遭受的直擊雷頻率可由下式估算：電機(jī)附近沒(méi)有其他物體時(shí)適合取Cd=1，在山地或山坡上安裝時(shí)適合取Cd=2，位于特別潮濕的環(huán)境下適合取Cd=1.5。按照IEC61400-24的原則，所以風(fēng)機(jī)的有效截收面積為。

3.2.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以接受的雷擊頻率根據(jù)IEC61024-1-1標(biāo)準(zhǔn)闡述的原則，可以接受的的雷擊危險(xiǎn)事件數(shù)Nc與直接雷擊Nd及防雷系統(tǒng)效率E應(yīng)遵循以下關(guān)系。一般原則，引下線的直徑越大防雷系統(tǒng)越有效，接地系統(tǒng)越大防雷系統(tǒng)越有效。本工程中，風(fēng)機(jī)位于海上，取Cd=1.5，風(fēng)機(jī)的有效高度取h=90+55=145m，該地區(qū)雷擊大地密度Ng=5.6。按照我國(guó)工程標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)本次工程中的實(shí)際情況進(jìn)行分析，取Nc=10-3。因此，對(duì)于處于此環(huán)境下的海上風(fēng)電機(jī)組，需要安裝一個(gè)效率為99.98%雷電防護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)的防雷防護(hù)系統(tǒng)（LPS）。

3.3用模糊概率方法計(jì)算單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的雷擊風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)之前的分析，要求雷擊風(fēng)險(xiǎn)R：在影響因子不確定的情況下，用以下模糊概率方式表達(dá)：3.4防雷措施安裝效果評(píng)估從R1的計(jì)算過(guò)程和結(jié)果得到如下結(jié)論：分析R1的計(jì)算結(jié)果可以看出，風(fēng)險(xiǎn)R1主要受以下因素影響：內(nèi)部系統(tǒng)失效產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域Z2中物理?yè)p壞產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)與入戶(hù)線路上感應(yīng)出的并傳導(dǎo)進(jìn)入建筑物內(nèi)的過(guò)電壓引起內(nèi)部系統(tǒng)失效有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，由于風(fēng)機(jī)沒(méi)有采取防雷保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)于線路也沒(méi)有裝設(shè)很好的屏蔽裝置，因此計(jì)算結(jié)果R1≈62.06×10-5，大于容許值RT=10-5，需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組和線路進(jìn)行防雷保護(hù)。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析后采取以下防護(hù)方案：風(fēng)機(jī)安裝I類(lèi)LPS；電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)安裝I級(jí)的SPD保護(hù)裝置，達(dá)到PSPD=0.01；Z2區(qū)安裝自動(dòng)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)；風(fēng)機(jī)和線路均安裝屏蔽裝置；采用本方案后，部分參數(shù)有所變化，各類(lèi)損害概率如表3~4。由計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)機(jī)組和升壓站采取了高等級(jí)的防雷防護(hù)系統(tǒng)后，上述各因素造成的風(fēng)險(xiǎn)分量得到有效地抑制，根據(jù)最終計(jì)算得到的R1≈0.73×10-5，小于容許值RT=10-5，即雷擊風(fēng)險(xiǎn)低于容許值，可知當(dāng)風(fēng)電機(jī)組安裝一個(gè)雷電防護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)的防雷防護(hù)系統(tǒng)（LPS），即使處于多雷區(qū)（Td=62d）防雷保護(hù)系統(tǒng)依然能夠可靠有效地防護(hù)雷擊可能造成的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)機(jī)組的正常工作。

4結(jié)束語(yǔ)

本次雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算過(guò)程中，對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)的選取均參考實(shí)際海上風(fēng)電工程中的實(shí)際環(huán)境和條件，結(jié)合IEC62305中規(guī)定得到，并根據(jù)規(guī)定中的方法進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果。由于雷擊的各種不確定性如雷擊點(diǎn)的隨機(jī)性、雷擊是否造成損失以及損失大小均無(wú)法作出精確的判斷等等原因，對(duì)于雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，只能作出大概的判斷而無(wú)法針對(duì)其有詳盡的研究。由計(jì)算結(jié)果可知，由于風(fēng)機(jī)所處環(huán)境遭受雷擊概率較高，且遭受雷擊后損失較大，針對(duì)機(jī)組和升壓站需要配備I級(jí)的防雷防護(hù)系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組和機(jī)組內(nèi)部的各種設(shè)施以及升壓站內(nèi)部設(shè)施和布線均需要安裝良好的屏蔽設(shè)施，對(duì)電力線路還需要配置性能良好的SPD，否則，雷擊對(duì)于機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)將產(chǎn)生遠(yuǎn)高于IEC規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)值，此外，各類(lèi)防火措施也不容忽視，在有人員工作的區(qū)域需要采取良好的防觸電保護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

[1]孟德東.風(fēng)電機(jī)組雷雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究[D].華北電力大學(xué)，2009.

[2]陳青山，等.汕頭南澳風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)雷電環(huán)境分析和防雷技術(shù)研究[J].中國(guó)雷電與防護(hù)，2005，2.

[3]IEC62305Protectionagainstlightning.

作者：彭千 唐興佳 單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院 廣州電力設(shè)計(jì)院